正令煤業(yè)回采巷道掘進(jìn)過斷層支護(hù)技術(shù)探討

郭偉鋒

（山西省孝義市自然資源局，山西 孝義 032300）

1 工程概況

汾西礦業(yè)集團(tuán)正令煤業(yè)位于山西省呂梁市孝義市柱濮鎮(zhèn)上令狐村，目前礦井主采煤層為2#煤層。2#煤層位于山西組中部，為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層。2#煤層平均厚度1.3 m，煤（巖）層傾角0°～15°，平均10°，2#下煤層平均厚度0.7 m，夾矸平均厚度0.8 m。夾矸為灰褐、深灰色泥巖，硬度較低。煤層結(jié)構(gòu)為1.3 m+（0.8 m夾矸）+0.7 m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的穩(wěn)定可采煤層。如表1所示，2#煤煤層頂板為灰褐、深灰色泥巖及灰白色、白色細(xì)砂巖，2#下煤層底板為灰褐、深灰色泥巖及灰白色、白色細(xì)砂巖。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)本井田地質(zhì)資料及實(shí)際揭露情況顯示，本井田煤層屬于一個(gè)向斜構(gòu)造。該向斜構(gòu)造將內(nèi)巖層斷裂構(gòu)造發(fā)育，因此本煤層回采巷道掘進(jìn)期間預(yù)測(cè)會(huì)遇到多條斷層，大小不等，對(duì)過斷層期間的巷道支護(hù)提出了更高的要求。目前已回采工作面揭露斷層情況如表2所示。

表2 斷層揭露情況

2 數(shù)值模擬分析

由于工作面回采后，原有應(yīng)力分布發(fā)生變化，對(duì)巷道圍巖的穩(wěn)定性影響很大［1-5］，因此，為制定更加合理的回采巷道支護(hù)方案，需對(duì)采場(chǎng)垂直應(yīng)力分布進(jìn)行分析。借助FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立模型，煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)如表3所示。

表3 煤層及頂?shù)装鍘r層物理力學(xué)參數(shù)

為更好地了解過斷層時(shí)采場(chǎng)覆巖的垂直應(yīng)力分布情況，同時(shí)構(gòu)建無斷層正?；夭晒ぷ髅妫瑢?duì)比分析回采工作面在有、無斷層兩種工況條件下開挖至同一水平位置，垂直應(yīng)力分布如圖1所示。

圖1 垂直應(yīng)力分布情況

如圖1所示，當(dāng)無斷層時(shí)工作面回采后，采空區(qū)上覆巖層因失去支撐，導(dǎo)致應(yīng)力向周邊實(shí)體煤位置轉(zhuǎn)移，并在工作面前方15 m范圍內(nèi)形成應(yīng)力集中，這是工作面超前支承壓力形成的主要原因。當(dāng)有斷層工作面回采后，不僅在工作面位置出現(xiàn)了應(yīng)力集中區(qū)域，在斷層位置也出現(xiàn)了應(yīng)力集中區(qū)域，由于受工作面回采的影響，斷層位置應(yīng)力場(chǎng)明顯發(fā)生變化，因此有斷層工況條件下應(yīng)力影響范圍遠(yuǎn)大于無斷層工況條件，工作面回采過程中，巷道圍巖受應(yīng)力影響范圍也更廣。當(dāng)工作面通過斷層后，隨著距離斷層越來越遠(yuǎn)，斷層對(duì)采場(chǎng)應(yīng)力分布的影響也越來越小，兩種工況條件下應(yīng)力分布逐漸相近，僅在工作面前方形成應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定的影響也隨之降低。

3 支護(hù)方案

圖2 巷道支護(hù)方案

根據(jù)前述分析結(jié)果，為保證巷道圍巖的穩(wěn)定，擬定在距離斷層前后50 m范圍內(nèi)，對(duì)巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，其余地段由于巷道圍巖受斷層影響較小，仍采用礦井同一煤層其他工作面的支護(hù)方案，正常支護(hù)方案如圖2所示。

當(dāng)工作面距離斷層前后50 m范圍內(nèi)時(shí)，在工作面回采過程中，巷道圍巖受斷層影響較大，為保證巷道圍巖的穩(wěn)定性，對(duì)此范圍內(nèi)巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案如圖3所示，頂板錨桿選用?22 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距為600 mm×600 mm，錨索規(guī)格為?21.6 mm×10 000 mm，間排距為1 200 mm×1 400 mm；幫錨桿選用?22 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距為600 mm×600 mm；為保證錨桿（索）的整體支護(hù)效果，鋪設(shè)?6.5 mm的金屬網(wǎng)，規(guī)格為1 000 mm×2000 mm。

圖3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

4 應(yīng)用分析

為了解掌握補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的支護(hù)效果，選擇在正令煤業(yè)1200工作面回采時(shí)進(jìn)行礦壓現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。考慮到回風(fēng)巷道設(shè)備少，有利于監(jiān)測(cè)儀器的布置及數(shù)據(jù)采集，因此在1200回風(fēng)巷布置巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)巷道底鼓、兩幫移近量及頂板下沉量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；在1200回風(fēng)巷布置A1、A2、A3三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為80 m，其中A2位于斷層影響范圍內(nèi)，A1、A3位于斷層影響范圍外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)曲線

如圖4所示，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的底鼓、兩幫移近量及頂板下沉量整體變化趨勢(shì)相似，其變形量速率均呈現(xiàn)先快速增大后逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定的變化特點(diǎn)。其中，A1測(cè)點(diǎn)兩幫移近量變形量最大值為91.2 mm，頂板下沉量最大值為62.5 mm，底鼓量最大值為142.1 mm；A2測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大值為45.1 mm，頂板下沉量最大值為42.2 mm，底鼓量最大值為114.3 mm；A3測(cè)點(diǎn)兩幫移近量最大值為69.4 mm，頂板下沉量最大值為21.5 mm，底鼓量最大值為93.4 mm?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的圍巖變形量都不大，且巷道圍巖最終趨于穩(wěn)定，表明支護(hù)方案合理，可以保證巷道圍巖的穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

以正令煤業(yè)2#煤層1200工作面為工程實(shí)例，針對(duì)2#煤層開采中遇到的斷層較多，回采巷道易失穩(wěn)的問題，對(duì)巷道采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了受力分析。根據(jù)數(shù)值模型分析，針對(duì)斷層前后50 m范圍內(nèi)擬定巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)如下：頂板錨桿選用?22 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距為600 mm×600 mm，錨索規(guī)格為?21.6 mm×10 000 mm，間排距為1 200 mm×1 400 mm，幫錨桿選用?22 mm×2 400 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距為600 mm×600 mm；為保證錨桿（索）的整體支護(hù)效果，鋪設(shè)?6.5 mm的金屬網(wǎng)，規(guī)格為1 000 mm×2 000 mm。通過對(duì)1200回風(fēng)巷底鼓量、兩幫移近量及頂板下沉量進(jìn)行礦壓現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明巷道圍巖變形量整體不大，穩(wěn)定性較好，支護(hù)效果良好。