臺(tái)頭煤礦3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)與試驗(yàn)

馮根民

（鄉(xiāng)寧縣應(yīng)急管理局，山西 鄉(xiāng)寧 042100）

我國(guó)能源賦存結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)富煤少油貧氣的特征，因此煤炭是我國(guó)的主要消費(fèi)能源，占據(jù)能源結(jié)構(gòu)的半壁江山。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，離不開煤炭的支撐[1-2]。我國(guó)煤礦以地下井工開采為主，需要掘進(jìn)大量的地下巷道，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)年掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度已經(jīng)超過2 萬(wàn)km，其中，70%～80%的巷道屬于動(dòng)壓巷道，在相鄰工作面接替時(shí)，將存在一條巷道受鄰近工作面采動(dòng)影響。受采動(dòng)影響巷道圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，易出現(xiàn)顯著變形，巷道圍巖維護(hù)相對(duì)困難。巷道維護(hù)的兩個(gè)要點(diǎn)在于煤柱寬度和支護(hù)參數(shù)的確定，適宜的煤柱寬度將巷道布置在應(yīng)力環(huán)境較好的位置，避開工作面采動(dòng)形成的應(yīng)力峰值區(qū)；合理的支護(hù)參數(shù)則可有效形成支護(hù)結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)巷道圍巖的穩(wěn)定控制[3-6]。

臺(tái)頭煤礦3206 工作面回風(fēng)平巷掘進(jìn)受到工作面采動(dòng)影響，巷道維護(hù)相對(duì)困難?；诖耍岢?206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)，為類似地質(zhì)條件下迎采掘進(jìn)巷道圍巖控制提供技術(shù)參考。

1 概況

3206 工作面開采2#煤層，屬于三采區(qū)，工作面南與三采區(qū)下山相連，北方向?yàn)椴蓞^(qū)邊界，東方向?yàn)?204 工作面，工作面目前正在回采，西方向?yàn)閷?shí)煤體，工作面埋深約650 m，如圖1 所示。3206 工作面回風(fēng)平巷面臨著迎采掘進(jìn)問題。3206工作面開采區(qū)域平均煤厚2.7 m，平均傾角10°。直接頂為3.0 m 的泥巖，局部薄層狀沉積，普氏系數(shù)3～4；基本頂為5.0 m 的細(xì)砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，普氏系數(shù)5～6，穩(wěn)定較好；直接底為1.7 m 的砂質(zhì)泥巖，普氏系數(shù)1～2，屬軟弱巖層。根據(jù)3206 工作面采掘設(shè)備安全需求，3206 工作面回風(fēng)平巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，掘?qū)?.5 m，掘高3.0 m。

圖1 臺(tái)頭煤礦3206 工作面采掘示意圖

2 3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)

2.1 煤柱寬度的確定

3206 工作面回風(fēng)平巷附近原巖應(yīng)力16.5 MPa，基于3206 工作面回風(fēng)平巷生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件模擬分析不同護(hù)巷煤柱寬度下煤柱應(yīng)力及巷道變形情況，結(jié)果如圖2 和圖3。

圖2 不同護(hù)巷煤柱寬度下煤柱應(yīng)力分布

圖3 不同護(hù)巷煤柱寬度下巷道變形情況

如圖2，當(dāng)煤柱寬度為10 m 時(shí)，煤柱內(nèi)應(yīng)力呈單峰分布，應(yīng)力集中系數(shù)2.0；隨著煤柱寬度的增加，煤柱內(nèi)集中應(yīng)力逐漸減小，且應(yīng)力分布逐漸向雙峰發(fā)展，靠近采空區(qū)側(cè)應(yīng)力集中程度較大；煤柱寬度為20 m，應(yīng)力集中系數(shù)1.8；當(dāng)煤柱寬度大于20 m 時(shí)，靠近試驗(yàn)巷道煤柱內(nèi)穩(wěn)定核區(qū)在12 m以上，有利于巷道圍巖的穩(wěn)定控制。如圖3 所示，隨著煤柱寬度的增加，巷道圍巖變形顯著減小，其中變化最明顯的是巷道底鼓。煤柱寬度為10 m 時(shí)，巷道底鼓381 mm，頂板下沉195 mm，煤柱幫位移345 mm，實(shí)煤體幫位移264 mm；煤柱寬度為20 m 時(shí)，巷道底鼓260 mm，減小幅度約31%，整體減小幅度較大，頂板下沉150 mm，煤柱幫位移51 mm，實(shí)煤體幫位移208 mm。

綜上所述，當(dāng)煤柱寬度大于20 m 時(shí)，煤柱內(nèi)應(yīng)力分布有利于巷道圍巖控制，同時(shí)巷道圍巖變形量也顯著減小。結(jié)合試驗(yàn)巷道鄰近工作面生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定留設(shè)煤柱寬度為30 m。

2.2 動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)

基于3206 工作面回風(fēng)平巷不同護(hù)巷煤柱寬度下煤柱應(yīng)力及巷道變形情況模擬分析，確定留設(shè)30 m 寬煤柱掘進(jìn)3206 工作面回風(fēng)平巷。設(shè)計(jì)提出3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)，具體如下：

（1）頂板采用錨桿（索）網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用直徑20 mm、長(zhǎng)度2400 mm、鋼號(hào)335 的螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×1000 mm，每排布置6 根，配套1 支CK2335（里側(cè)）、1 支K2350（外側(cè)）的錨固劑，采用14 mm 圓鋼焊接的錨梁連接，錨索采用直徑18.9 mm、長(zhǎng)度6500 mm 的鋼絞線，間排距1600 mm×2000 mm，每排布置2 根，配套1 支CK2350（里側(cè)）、1 支K2370（外側(cè)）的錨固劑，金屬網(wǎng)采用6.5 mm 鋼筋焊接的方格鋼筋網(wǎng)搭接，規(guī)格2000 mm×1100 mm。

（2）幫部采用錨桿網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用直徑16 mm、長(zhǎng)度1800 mm、鋼號(hào)235 的圓鋼錨桿，間排距800 mm×1000 mm，每排布置4 根，配套1支CK2350 的錨固劑，采用14 mm 圓鋼焊接的錨梁連接，金屬網(wǎng)采用6.5 mm 鋼筋焊接的方格鋼筋網(wǎng)搭接，規(guī)格2000 mm×1100 mm。

圖4 巷道支護(hù)斷面圖（mm）

3 圍巖控制效果分析

將提出的3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)應(yīng)用于掘進(jìn)支護(hù)中，同時(shí)，監(jiān)測(cè)了3206 工作面回風(fēng)平巷圍巖變形情況，如圖5。

圖5 3206 工作面回風(fēng)平巷圍巖移近曲線

由圖5 可知，巷道變形主要集中在初掘10 d 內(nèi)，該階段，巷道頂?shù)装遄畲笞冃嗡俣瘸^了40 mm/d，幫部最大變形速度超過了30 mm/d；隨著時(shí)間的推移，巷道變形速度顯著降低，在巷道掘出25 d 后，巷道頂?shù)装搴蛶筒孔冃嗡俣冉档椭? mm/d 以下。巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂?shù)装謇塾?jì)變形量約216 mm，幫部累計(jì)變形量約149 mm。3206 工作面回風(fēng)平巷圍巖變形在可控范圍內(nèi)。綜上所述，3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3206 工作面回風(fēng)平巷的穩(wěn)定控制。

4 結(jié)論

3206 工作面回風(fēng)平巷鄰近3204 工作面模擬分析了不同護(hù)巷煤柱寬度下煤柱應(yīng)力及巷道變形情況，確定煤柱寬度大于20 m 時(shí)，煤柱內(nèi)應(yīng)力分布有利于巷道圍巖控制，巷道圍巖變形量也顯著減小。結(jié)合試驗(yàn)巷道鄰近工作面生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定留設(shè)煤柱寬度為30 m?；诖?，設(shè)計(jì)提出了3206 工作面動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)。技術(shù)應(yīng)用后，巷道頂?shù)装?、幫部變形量穩(wěn)定在216 mm、149 mm 左右，實(shí)現(xiàn)了3206 工作面回風(fēng)平巷的穩(wěn)定控制。