厚松散層薄基巖條件下巷道頂板離層控制技術(shù)研究

摘 要：【目的】以中煤新集集團劉莊煤礦某工作面為工程背景，研究厚松散層薄基巖煤層開采時巷道頂板離層控制技術(shù)?！痉椒ā客ㄟ^安裝在巷道頂板的離層儀監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道頂板發(fā)生離層，主要發(fā)生在7#（296 m）和8#（332 m）頂板離層儀位置，且7#位置在深層和淺層均有下沉，但8#位置只有深層下沉，且下沉量較大，說明頂板整體在深層位置下沉。【結(jié)果】第一次治理措施采用全斷面噴漿和設置點柱，但治理效果不理想，頂板下沉沒有得到有效控制。第二次治理措施采用長錨索注漿加固，治理后離層量明顯放緩，頂板離層得到控制，治理效果明顯。【結(jié)論】采用長錨索注漿加固可有效控制頂板離層，研究結(jié)果為厚松散層薄基巖條件下巷道頂板離層控制施工提供指導與借鑒。

關(guān)鍵詞：薄基巖；巷道；頂板離層；注漿

中圖分類號：P634" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）09-0048-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.010

Research on the Control Technology of Roadway Roof Detachment

Under the Condition of Thick Loose Layer and Thin Bedrock

MA Lu1 ZHANG Mingwei2 LI Xue1" TIAN Zhuangcai2 SU Zhenhao1 BIAN Sicheng2

XIE Chuanguo1

（1.China Coal Xinji Energy Co.， Ltd.， Huainan 232001，China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116，China）

Abstract： [Purposes] This study investigates the control technology of roadway roof separation during the mining of a thick loose bed and thin bedrock coal seam. The working face of Liuzhuang Coal Mine， operated by China Coal Xinji Energy Co.， Ltd.， serves as the engineering background for this research." [Methods] The separation of the roof of tunnel was monitored using installed separators. The study focused on the positions of the separators at 7# （296 m） and 8# （332 m） on the roof. Subsidence was observed in both deep and shallow layers at the 7# position， while only deep subsidence occurred at the 8# position， indicating overall sinking in deep layers. [Findings] The initial treatment measure involved full section grouting and setting point columns， but it did not effectively control roof subsidence. The second treatment measure involved long anchor cable grouting reinforcement， which significantly slowed down the separation layer after treatment. This approach effectively controlled the separation layer of the roof， demonstrating a clear treatment effect. [Conclusions] The study concludes that long anchor cable grouting reinforcement is an effective method for controlling roof separation in tunnels under thick loose layer and thin bedrock conditions. The research findings provide theoretical guidance and reference for the control of roof separation in similar mining scenarios.

Keywords： thin bedrock; tunnel; roadway roof detachment; grouting

0 引言

在厚松散層薄基巖地質(zhì)條件下，綜采工作面開采覆巖破斷失穩(wěn)誘發(fā)的強壓顯現(xiàn)問題日益凸顯，采煤壓架致災事故頻繁發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失，嚴重威脅煤礦安全高效生產(chǎn)［1］。厚煤層一次采全高時，厚松散層薄基巖的煤層頂板潰水潰砂及底板承壓水突水的風險驟增。從礦井防治水和防治沖擊地壓的角度出發(fā)，研究厚松散層薄基巖煤層開采過程中的圍巖破壞規(guī)律及控制技術(shù)，是安全開采此類煤層的關(guān)鍵［2］。

眾多學者對厚松散層薄基巖條件下煤層安全開采問題進行了深入研究，并將淺埋煤層定義為埋深不超過150 m的煤層［3］。汪北方等［4］以神東礦區(qū)22614工作面為工程背景，采用現(xiàn)場監(jiān)測、相似試驗與力學建模相結(jié)合的研究方法，分析厚松散層薄基巖條件下煤層強礦壓顯現(xiàn)特征，揭示采動覆巖破斷失穩(wěn)誘因，構(gòu)建覆巖破斷結(jié)構(gòu)力學模型，確定工作面液壓支架工作阻力，并開展現(xiàn)場實例應用。陸占金［5］針對山西三元煤礦3301工作面進行工程試驗，采用經(jīng)驗公式法對3#煤層覆巖條件下的導水斷裂帶高度進行理論預測，采用數(shù)值模擬的方法分析采動導水斷裂帶高度的動態(tài)變化過程，并利用煤礦井下分段注水觀測方法對導水斷裂帶高度進行現(xiàn)場試驗觀測。王福清［6］采用理論計算和相似材料模擬的方法，對厚松散層薄基巖淺部煤層開采引起的覆巖破裂特征及規(guī)律進行研究，并確定安全煤巖柱的留設尺寸。

然而，以往研究主要以淺埋深薄基巖煤層為主，主要集中在防水安全煤巖柱尺寸的留設、導水裂隙帶發(fā)育高度以及淺埋薄基巖壓架致災機理等方面，對于兩淮礦區(qū)沖積層厚度在300 m以上的深埋薄基巖煤層頂板離層控制技術(shù)的研究還較少。本研究以中煤新集集團劉莊煤礦某工作面為工程背景，分析深埋薄基巖煤層開采時巷道頂板離層控制技術(shù)，為類似條件下的工作面安全開采提供理論指導與借鑒。

1 工作面概況

劉莊煤礦位于安徽省阜陽市潁上縣，東起F5斷層與謝橋礦毗鄰，西迄F12斷層與口孜東礦接壤，南以F1斷層（阜鳳逆沖斷層即淮南煤田南邊界斷層）及17-1煤-1 000 m水平投影為界，北至1煤層露頭。該工作面位于東三采區(qū)西翼淺部，東起1313東采區(qū)集中上山保護煤柱線，西至1313采區(qū)集中上山保護煤柱線，南為131301工作面采空區(qū)，北鄰煤層露頭防砂煤柱線，開采標高為-455.2～-516.1 m。

該工作面位于13-1煤層，該煤層位于上石盒子組第四含煤段中部，全區(qū)為穩(wěn)定可采煤層，平均煤厚4.47 m，凈煤厚4.37 m。老頂為細砂巖，平均層厚4.63 m。直接頂為泥巖，平均層厚5.05 m?；鶐r層厚度為50～70 m，地表大部分被第四系松散層覆蓋，總厚度約為300 m，為厚松散層薄基巖煤層賦存條件。

2 巷道頂板離層機理分析

對劉莊煤礦某工作面分別掘進膠帶順槽和軌道順槽，以軌道順槽入口為起始點，從距離入口（147±5） m的位置開始布設第一個頂板離層儀，并編號為1#，各測點的安裝深度分別為2.4 m（淺層）與9 m（深層）。之后，每間隔約50 m向內(nèi)繼續(xù)布設，各測點的安裝深度同1#測站的測點深度，共布設24個。觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除7#（296 m位置）和8#（332 m位置）頂板離層儀外，其他離層儀數(shù)據(jù)均一直為0（圖1）。7#和8#監(jiān)測點頂板離層量存在不同程度增大，且9.0 m（深層）、2.4 m（淺層）變化不同，從而導致局部巷道變形。其中，7#頂板離層儀主要是淺層離層量增大，8#頂板離層儀只有深層離層量增大且離層量不斷增加，附近巷道局部變形嚴重，具體如圖1所示。

初步分析認為，地應力擠壓是厚松散層薄基巖頂板產(chǎn)生變形的主要原因。距離軌道順槽最近的水15Q1-1、水16Q1-1鉆孔柱狀圖局部如圖2、圖3所示。由圖2和圖3可知，13-1煤上方10 m范圍之內(nèi)是以砂質(zhì)泥巖為主的軟弱老頂，受地應力作用巷道產(chǎn)生了整體變形，導致頂板下沉。

7#和8#監(jiān)測點之間的巷道區(qū)段頂板巖層強度相較于其他位置偏弱。通過頂板鉆孔實測發(fā)現(xiàn)7#和8#監(jiān)測點之間的巷道頂板巖層11 m范圍內(nèi)沒有砂巖層，基本是砂質(zhì)泥巖；但是在其他監(jiān)測點的頂板巖層11 m范圍內(nèi)均有1～6 m厚度不等的細砂巖作為支撐，具體如圖4所示。與此同時，面內(nèi)向斜構(gòu)造坡度較緩的上升翼局部巷道變形偏大，為次要因素。

3 巷道頂板離層控制方案

該頂板離層主要發(fā)生在7#（296 m）和8#（332 m）頂板離層儀位置，且7#位置在深層和淺層均有下沉，但下沉量不大，但8#位置只有深層下沉，且下沉量較大，說明頂板整體在深層位置下沉。本研究制定和實施了兩次治理措施，具體見表1。

4 效果分析

第一次治理完成時間為2023年4月28日，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，7#（296 m）和8#（332 m）頂板離層儀離層量繼續(xù)增大，雖然后期增大趨勢放緩，但離層沒有得到有效控制，具體如圖5（a）所示。因此，采用全斷面噴漿和設置點柱對離層控制的效果不理想，第一次治理效果不佳。

第二次治理完成時間為2023年7月2日，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，7#（296 m）和8#（332 m）頂板離層儀離層量明顯放緩，且8#頂板離層儀離層量不再增加，具體如圖5（b）所示。因此，采用長錨索注漿加固后頂板離層得到有效控制，第二次治理效果明顯。

5 結(jié)語

本研究以中煤新集集團劉莊煤礦某工作面為工程背景，分析厚松散層薄基巖煤層開采時巷道頂板離層控制技術(shù)。軌道順槽頂板發(fā)生離層，主要發(fā)生在7#（296 m）和8#（332 m）頂板離層儀位置，且7#位置在深層和淺層均有下沉，8#位置只有深層下沉，且下沉量較大，說明頂板整體在深層位置下沉。第一次采用280～310 m段全斷面噴漿和設置5根點柱的方法進行治理，但治理效果不理想，頂板下沉沒有得到有效控制。第二次采用290～350 m段巷道長錨索注漿加固的方式進行治理，治理后離層量明顯放緩，頂板離層得到控制，治理效果明顯。

參考文獻：

［1］張華磊，涂敏，程樺，等.深埋薄基巖煤層采場頂板破斷機制研究［J］.采礦與安全工程學報，2017，34（5）：825-831.

［2］衡培國，翟常治，辛崇偉，等.基于微震監(jiān)測的厚松散層大采高工作面圍巖破壞規(guī)律研究［J］.工礦自動化，2022，48（8）：131-139.

［3］劉小康，呂超.厚松散層薄基巖大采高綜采工作面覆巖移動規(guī)律［J］.煤炭技術(shù)，2019，38（7）：45-47.

［4］汪北方，蔣嘉祺，劉學生，等.淺埋厚松散層薄基巖綜采工作面開采覆巖切落體結(jié)構(gòu)分析及應用［J］.巖土力學，2023（10）：1-11.

［5］陸占金.薄基巖厚松散層煤層覆巖導水斷裂帶發(fā)育高度研究［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2023，50（3）：105-110.

［6］王福清. 厚松散層超薄基巖煤層開采防砂煤巖柱留設研究［J］. 煤礦開采，2015，20（2）：24-26.