王維維,李鳳儀

(黑龍江科技學(xué)院安全工程學(xué)院，哈爾濱 150027)

采動(dòng)回采巷道，是動(dòng)壓巷道中的一種特殊形式，即在鄰近上層回采工作面開采同時(shí)，掘進(jìn)本層回采巷道，而且回采巷道方向與工作面走向一致，也即常說的頂壓送巷。在《礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中，此類回采巷道布置形式是不允許出現(xiàn)的，但是實(shí)際生產(chǎn)中，部分礦井為了滿足生產(chǎn)接續(xù)需要等，而不得以才面臨采動(dòng)回采巷道圍巖控制難題，而且目前國內(nèi)外尚未見專門深入研究的資料報(bào)道。東榮礦區(qū)進(jìn)行過同類巷道的掘進(jìn)與支護(hù)，但巷道圍巖與支護(hù)破損嚴(yán)重。因此，研究探索采動(dòng)回采巷道圍巖控制技術(shù)，是保證這類礦井正常生產(chǎn)的技術(shù)保障。

1 東榮二礦采動(dòng)回采巷道布置及破壞情況

1.1 東榮二礦采動(dòng)回采巷道布置

東榮二礦在南二下延采區(qū)16#煤層回采同時(shí)，掘進(jìn)17#煤層回采巷道，形成采動(dòng)回采巷道布置形式(圖1) 。圖1目前變形破壞嚴(yán)重已失去使用能力，7面皮帶道正在掘進(jìn)中。

圖1 東榮二礦采動(dòng)回采巷道布置

1.2 原有采動(dòng)回采巷道破壞情況

通過對原有采動(dòng)回采巷道破壞形式進(jìn)行現(xiàn)場寫實(shí)，總結(jié)出其破壞形式有以下幾點(diǎn)：

①巷道兩幫嚴(yán)重開裂、煤體脫落，大部分幫錨桿失效；②頂板巖石破碎、下沉甚至垮落，部分錨桿折斷，大部分金屬鋼梁被壓彎，過度變形失去支護(hù)作用；③巷道圍巖破壞順序?yàn)閲鷰r局部弱結(jié)構(gòu)破壞(主要表現(xiàn)為兩幫局部煤體脫落以及頂板局部破碎)、頂板的撓曲下沉破壞、兩幫進(jìn)一步破壞、底板底臌、巷道圍巖大變形，進(jìn)而巷道整體破壞；④巷道斷面縮小率可達(dá)50%，頂板裂隙中有采空區(qū)積水滲出。

2 采動(dòng)回采巷道圍巖應(yīng)力分布特征

通過支承壓力在底板中的傳播規(guī)律的分析及巷道掘進(jìn)引起的圍巖應(yīng)力分布特征的分析，結(jié)合巷道圍巖變形特征，可以得出上鄰近層采動(dòng)影響下回采巷道圍巖應(yīng)力分布，特征如下：

①本層巷道圍巖受雙重支承壓力的疊加作用，圍巖應(yīng)力十分復(fù)雜，且隨著工作面的推進(jìn)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)疊加性。②巷道圍巖在復(fù)雜應(yīng)力作用下，圍巖變形活動(dòng)亦呈現(xiàn)雙重作用，即在本層巷道支承壓力作用時(shí)圍巖產(chǎn)生變形活動(dòng)，而受上鄰近層采動(dòng)影響時(shí)圍巖又將產(chǎn)生新的變形活動(dòng)，因此圍巖變形活動(dòng)極不穩(wěn)定。

3 采動(dòng)回采巷道圍巖控制技術(shù)研究

采動(dòng)回采巷道圍巖控制，首先應(yīng)遵循動(dòng)壓巷道圍巖控制的原則，即提高圍巖殘余強(qiáng)度的原則、充分發(fā)揮圍巖承載能力的原則和巷道圍巖弱結(jié)構(gòu)控制的原則。在遵循以上原則基礎(chǔ)上，結(jié)合采動(dòng)回采巷道圍巖應(yīng)力分布特征，總結(jié)提出采動(dòng)回采巷道圍巖與支護(hù)體系應(yīng)具備如下特征：

①通過錨索等支護(hù)方法，增加圍巖與支護(hù)體系空間尺寸，應(yīng)對應(yīng)力疊加可能形成更大范圍極限平衡區(qū)的礦壓作用；②增加錨桿支護(hù)密度，以錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)、噴注漿等支護(hù)方法，增加圍巖與支護(hù)體系整體柔度和抵抗劇烈活動(dòng)的能力；③跟隨移動(dòng)支承壓力嚴(yán)重影響區(qū)段，增設(shè)以液壓單體支柱為主的高強(qiáng)可縮的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

在動(dòng)壓巷道圍巖控制原則及保證采動(dòng)回采巷道圍巖與支護(hù)體系特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合東榮二礦原有采動(dòng)回采巷道圍巖控制方案，最終可確定上鄰近層回采同時(shí)，本層掘進(jìn)回采巷道圍巖控制方案為：錨、網(wǎng)、索、帶、噴聯(lián)合支護(hù)，在支承應(yīng)力影響區(qū)增設(shè)以液壓單體支柱為主的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

4 工業(yè)實(shí)驗(yàn)及效果分析

4.1 工業(yè)實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證采動(dòng)回采巷道圍巖控制技術(shù)的可行性及合理性，在東榮二礦南二下延17#煤層7面皮帶道中，選擇了有代表性的(巷道掘進(jìn)由不受采動(dòng)影響到受采動(dòng)影響)200 m巷道進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，經(jīng)過參數(shù)計(jì)算得出的支護(hù)方案如圖2、圖3所示。

圖2 采動(dòng)回采巷道支護(hù)方案示意圖

圖3 加強(qiáng)支護(hù)方案示意圖

4.2 巷道圍巖變形觀測

在實(shí)驗(yàn)巷道內(nèi)，隨巷道掘進(jìn)同期進(jìn)行了巷道圍巖收斂觀測，巷道圍巖應(yīng)力觀測及支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)督。經(jīng)過近1個(gè)月的工業(yè)實(shí)驗(yàn)，分析所得巷道圍巖變形曲線如圖4所示。

4.3 效果分析

從圍巖變形觀測記錄分析曲線中可以看出，巷道圍巖變形在預(yù)定指標(biāo)內(nèi)，說明了巷道在形成后1個(gè)月內(nèi)圍巖保持穩(wěn)定，與8面下料道在同段時(shí)間內(nèi)的破壞對比非常明顯。通過對比足以說明，設(shè)計(jì)支護(hù)方案可以有效控制圍巖變形，即東榮二礦上鄰近層采動(dòng)影響下，回采巷道圍巖控制技術(shù)得以成功，且可在以后該礦此類巷道圍巖控制中繼續(xù)發(fā)揮作用。

圖4 巷道圍巖變形觀測曲線圖

5 結(jié)論

(1)提出的以液壓單體支柱為主的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，既具有較大的支承強(qiáng)度，又具有較好的可縮性，同時(shí)可作為移動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)隨支承壓力的移動(dòng)而移動(dòng)。

(2)實(shí)驗(yàn)巷道經(jīng)歷了16#煤層回采工作面采動(dòng)及同期掘進(jìn)雙重影響，較好地保持了巷道圍巖與支護(hù)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，減緩采掘接續(xù)緊張問題，避免了反復(fù)進(jìn)行巷道修復(fù)及維護(hù)帶來的各種消耗和損失。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，研究提出的16#煤層回采

同期掘進(jìn)17#煤層回采巷道的圍巖控制技術(shù)，基本解決了東榮礦區(qū)上鄰近層采動(dòng)同時(shí)，掘進(jìn)本層回采巷道的圍巖控制技術(shù)難題。同時(shí)，通過工業(yè)試驗(yàn)，提升了雙鴨山礦區(qū)科技水平，培養(yǎng)了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的科研意識及能力，從而對地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步起到了積極推動(dòng)作用。

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