復(fù)雜動壓下切眼留巷支護(hù)工程實(shí)踐研究

牛孝田

（安徽恒源煤電股份有限公司,安徽 淮北 235000）

傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)方式容易出現(xiàn)工作面回采至瓦斯富集區(qū)域時回風(fēng)上隅角瓦斯積聚問題,現(xiàn)在工作面回采期間多采用“Y”型通風(fēng)方式[1-3],要求在切眼處留巷連通其他巷道作為工作面回風(fēng)巷[4-6]。隨著我國煤礦開采不斷向深部發(fā)展,巷道受到多種應(yīng)力作用導(dǎo)致支護(hù)難度越來越大。復(fù)雜動壓影響下,巷道頂板易失穩(wěn)破壞,出現(xiàn)巷道斷面變形大難以維持正常使用,且維護(hù)困難。許多學(xué)者針對這一問題進(jìn)行了研究,分析了復(fù)雜動壓影響下頂板失穩(wěn)機(jī)理及巖層運(yùn)移規(guī)律[7-10]。不同地質(zhì)條件下巷道的支護(hù)必須具有針對性,大量學(xué)者通過實(shí)踐研究提出了各種不同支護(hù)方式[11-14],對相似工程背景下的巷道支護(hù)提供了參考和借鑒。

本文以恒源煤礦Ⅱ634 工作面切眼留巷為背景,研究了大斷面、大埋深沿空留巷頂板復(fù)雜動壓下的失穩(wěn)機(jī)理,提出了一種新型支護(hù)技術(shù),為類似條件下的頂板支護(hù)積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),應(yīng)在類似條件下大力進(jìn)行推廣應(yīng)用。

1 工程概況

恒源煤礦Ⅱ634 工作面位于Ⅱ63 采區(qū)中部,工作面東部為Ⅱ63 采區(qū)的軌道、運(yùn)輸和回風(fēng)下山,其外側(cè)靠近采區(qū)邊界的孟口逆斷層,工作面整體處在斷層下盤；南部為Ⅱ633 工作面；西部切眼外側(cè)為孟1 斷層保護(hù)煤柱線；北部為規(guī)劃還未開采的Ⅱ635 工作面。Ⅱ634 工作面設(shè)計(jì)為綜采工作面,風(fēng)巷利用Ⅱ633 機(jī)巷沿空留巷,機(jī)巷正常掘進(jìn),總體上屬近走向長壁式布置,工作面走向長1934～1945m,傾斜寬173m；機(jī)巷標(biāo)高-693.7～-743m,切眼標(biāo)高-705～-695.9m。

2 Ⅱ634 切眼留巷期間頂板失穩(wěn)機(jī)理

沿空留巷頂板各部分巖層對留巷穩(wěn)定性的影響程度不同,直接頂是沿空留巷的直接接觸部位,它對沿空留巷的穩(wěn)定性具有直接的影響作用；而基本頂則需要通過直接頂才與巷道發(fā)生相互作用,同理基本頂上覆巖層載荷則需要經(jīng)過基本頂和直接頂才能作用于沿空留巷,且基本頂上覆巖層的垮落特征、垮落后的賦存狀態(tài)在很大程度上取決于基本頂巖層的破斷特征及其垮落后的賦存狀態(tài)。在幾者的相互作用關(guān)系當(dāng)中,基本頂起到主要作用,因此要控制沿空留巷圍巖的穩(wěn)定性就要首先解決基本頂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的問題。Ⅱ634 切眼留巷期間頂板斷裂結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 沿空留巷頂板斷裂結(jié)構(gòu)示意圖

3 Ⅱ634 切眼大斷面留巷期間頂板圍巖控制技術(shù)

3.1 Ⅱ634 切眼大斷面留巷期間頂板支護(hù)方案

3.1.1 Ⅱ634 切眼頂板采用Φ21.8mm、L=10000mm鋼鉸線進(jìn)行初期加固,錨索在留巷5200mm 斷面內(nèi)按“三三”居中布置,留巷期間補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的恒阻錨索統(tǒng)一采用Φ21.8mm、L=11300mm 鋼鉸線,隨工作面推進(jìn)按設(shè)計(jì)位置跟進(jìn)布置,恒阻錨索布置方式如下：

Ⅱ634 切眼頂板恒阻錨索順巷布置4 列,第1 列到第4 列錨索距切縫線分別為500mm、2100mm、3700mm和4700mm,排距分別為800mm、1600mm、1600mm 和1600mm。錨索外露長度250mm-300mm,預(yù)緊力不小于250KN,生根到頂板穩(wěn)定巖中不低于2000mm。所有恒阻錨索均采用鋼筋梯子梁連接,相鄰梯子梁壓茬連接,梯子梁規(guī)格為3800mm×120mm,梯子梁采用φ18mm 圓鋼焊接。恒阻錨索配套恒阻器長度為500mm,外徑79mm,最大允許變形量350mm,恒阻值為30±2t,預(yù)緊力不小于250kN。錨索托盤采用厚度18mm 平鋼板加工,托盤規(guī)格：長×寬×厚=300mm×300mm×18mm,托盤居中擴(kuò)φ105mm 圓孔,超前支護(hù)設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 Ⅱ634 切眼超前支護(hù)設(shè)計(jì)平面圖

3.1.2 Ⅱ634 切眼內(nèi)順巷布置兩列單元式支架作為被動臨時支護(hù),單元式支架選用ZQ4000/20.6/45 型超前液壓支架,初撐力24MPa,隨工作面推進(jìn)按設(shè)計(jì)位置跟進(jìn)布置,單元式支架布置方式：第一列距切縫線1500mm,排距3000mm,第二列距切縫線3000mm,排距3000mm,局部可以根據(jù)錨索位置做適當(dāng)調(diào)整,以不破壞支護(hù)錨索為準(zhǔn),Ⅱ634 切眼架后單元式支架臨時支護(hù)效果圖見圖3。

圖3 Ⅱ634 切眼架后單元式支架臨時支護(hù)效果圖

3.2 單元式支架安裝流程優(yōu)化

為保證割煤移架期間隨著控頂面積的增大,留巷內(nèi)頂板支護(hù)的安全,在留巷期間割煤移架過程中,對相關(guān)支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及流程進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化,提出單元式支架“先穩(wěn)后跟,單定雙進(jìn),交叉緊貼”的安裝流程：

3.2.1 在掘進(jìn)切眼刷大形成6.8m 大斷面期間隨著斷面的擴(kuò)大及時在巷中跟進(jìn)一列單元式支架,初撐力24MPa,確保在切眼大斷面礦山壓力顯現(xiàn)前穩(wěn)住頂板,減少由于支撐力不足導(dǎo)致的頂板擾動。

3.2.2 切眼內(nèi)液壓支架安裝完成后隨著工作面的回采、液壓支架的推進(jìn)、斷面的擴(kuò)大,完成第二步后及時按照支護(hù)設(shè)計(jì)重新跟進(jìn)切眼內(nèi)單元式支架至預(yù)定第一列位置,且加密布置,確保單元式支架能夠始終處于留巷斷面中間位置從而使支撐效果最佳。

3.2.3 隨著液壓支架的繼續(xù)推進(jìn),完成第三步施工流程,采取“單定雙進(jìn)”的方式,即第一列單元式支架單號支架穩(wěn)定不動,雙號支架跟進(jìn)緊貼液壓支架,從而減少了對頂板的二次擾動,確保了更大斷面的頂板支護(hù)效果,同時給其余單元式支架安裝創(chuàng)造了運(yùn)輸路線。

3.2.4 在割煤移架全過程中嚴(yán)格落實(shí)對頂板支護(hù)錨索的保護(hù)措施,所有液壓支架頂梁與頂板之間填充木料結(jié)實(shí),同時液壓支架始終保證24MPa 支撐強(qiáng)度,帶壓移架。具體見圖4。

圖4 Ⅱ634 切眼大斷面留巷“單定雙進(jìn)”移架示意圖

4 現(xiàn)場工程實(shí)踐

Ⅱ634 切眼大斷面留巷期間使用新的頂板支護(hù)方案并優(yōu)化單元式支架安裝流程,對切眼留巷表面位移、頂板離層和單元式支架受力進(jìn)行監(jiān)測。在Ⅱ634 切眼兩端頭各建一組離層儀和表面位移站,切眼內(nèi)12#、13#斷層破碎帶各建一組離層儀和表面位移站,其他位置按照30m 間距建站,共計(jì)建離層儀、位移站各6 組,測站分布圖如圖5 所示。Ⅱ634 切眼自留巷完成,每周礦壓監(jiān)測不少于兩次,圖6 為Ⅱ634 切眼留巷變化規(guī)律圖。

圖5 Ⅱ634 切眼測站分布圖

圖6 Ⅱ634 切眼留巷變化規(guī)律圖

單元式支架受壓變化情況：受工作面采動影響,U 型鋼側(cè)支架礦壓顯現(xiàn)較人行道側(cè)支架明顯,單元式支架立柱安全閥全部打開45 架,占比91.8%；人行道側(cè)單元式支架立柱安全閥打開31 架,占比60.7%。斷層處兩排單元式支架立柱安全閥全部打開,木垛受力變形較大。

通過以上礦壓監(jiān)測結(jié)果及單元式支架受力變化情況分析：整體情況來看Ⅱ634 切眼大斷面切頂留巷后單元式支架基本全部泄壓閥打開,所以支撐力都已達(dá)到峰值4000KN,換算后單位面積內(nèi)承重達(dá)380t,可見支護(hù)難度非常大。頂?shù)装寮皟蓭臀灰圃诠ぷ髅娉醴乓院笱杆僭龃?增量明顯,但最終在推進(jìn)50m 以后兩幫位移基本穩(wěn)定,70m 后頂?shù)装逦灰萍半x層情況都基本穩(wěn)定,其中4#位移站及離層儀處為斷層破碎帶,變化最為明顯,頂板完整性也最差,其他離層量均為0 說明普通頂板主動支護(hù)效果顯著,基本達(dá)到了預(yù)想目標(biāo)。

5 結(jié)論

針對恒源煤礦Ⅱ634 工作面切眼留巷受到復(fù)雜動壓影響巷道變形嚴(yán)重,難以滿足巷道運(yùn)輸運(yùn)料需求的問題,研究了Ⅱ634 工作面切眼留巷期間頂板支護(hù)方案和單元式支架安裝流程得到以下結(jié)論：

5.1 大采深、大斷面切眼留巷采用雙排單元式支架配合恒阻錨索進(jìn)行密集支護(hù)可以有效控制工作面回采過程中動壓顯現(xiàn)劇烈時的頂板位移,實(shí)現(xiàn)了留巷后運(yùn)輸路線的持續(xù)暢通,避免了后期巷道的大范圍失修。

5.2 在切眼留巷施工過程中優(yōu)化割煤移架施工流程,“先穩(wěn)后跟,單定雙進(jìn),交叉緊貼”的施工方式使頂板在工作面動壓影響下得到有效控制,“帶壓移架、接頂護(hù)索”的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提高了最終留巷效果。