劉高峰

山西亞美大寧能源有限公司質(zhì)量辦，山西晉城 048100

對受二次采動(dòng)影響的巷道進(jìn)行有效支護(hù)的探索

劉高峰

山西亞美大寧能源有限公司質(zhì)量辦，山西晉城 048100

受相鄰工作面和本工作面的強(qiáng)烈采動(dòng)影響，巷道圍巖變形、破壞嚴(yán)重。本文結(jié)合實(shí)際條件，在原巷道采用一般的錨桿支護(hù)技術(shù)已不能滿足安全、生產(chǎn)的要求的情況下。為了進(jìn)一步改善中間巷的支護(hù)效果，決定進(jìn)行墩柱支護(hù)研究。

二次動(dòng)壓；巷道；支護(hù)；木垛；墩柱；研究

由于煤層、頂?shù)装鍘r層較破碎、強(qiáng)度較低，在回采期間巷道的頂、幫和底板會(huì)出現(xiàn)較大的變形甚至破壞失穩(wěn)。為保證巷道服務(wù)于采煤工作面生產(chǎn)的需要，須對此巷道進(jìn)行再次加強(qiáng)支護(hù)。

1 研究背景

402巷為103、104長壁工作面的中間順槽，巷道形狀為矩形，掘進(jìn)高度3.5m，掘進(jìn)寬度5.5m，沿3#煤層底板掘進(jìn)，與103、104工作面之間的保護(hù)煤柱凈寬均為30m。掘進(jìn)時(shí)采用錨網(wǎng)+錨索支護(hù)，104回采之前進(jìn)行了加強(qiáng)錨固支護(hù)。由于受到比較強(qiáng)烈的采動(dòng)影響，造成巷道圍巖變形、破壞嚴(yán)重，需要多次維修與翻修，支護(hù)費(fèi)用高，安全得不到保證。

2 研究方法

2.1 木垛支護(hù)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)巷道長度約100m，井字型木垛設(shè)在巷道中線上，排距2m，觀測頂?shù)装逡平?、兩幫移近量、木垛受力大小及變形狀況。木垛受力大小用礦用壓力盒測量。在每個(gè)木垛安裝4個(gè)壓力盒，壓力盒上下各墊一塊300mm×300mm×5mm～10mm的鋼板。以便掌握木垛承載及變形性能，優(yōu)化木垛支護(hù)參數(shù)。

2.2 墩柱支護(hù)試驗(yàn)方案

試驗(yàn)巷道長度約100m，墩柱支在巷道中線位置，間距2.0m，設(shè)置8個(gè)觀測站，其中，7、8號(hào)墩柱測站為緊挨1號(hào)木垛測站的兩個(gè)墩柱。墩柱性能為直徑900mm，最大承載能力約200t。在每個(gè)墩柱安裝4個(gè)壓力盒，壓力盒上下各墊一塊900mm×900mm×5mm～10mm的鋼板。觀測內(nèi)容頂?shù)装逡平俊蓭鸵平?、墩柱受力及變形。墩柱受力大小用礦用壓力盒測量。以確定保證通風(fēng)需要斷面的墩柱支護(hù)參數(shù)。

2.3 觀測方法

104開采影響不明顯時(shí)，每周觀測1次；104開采影響明顯時(shí)，每天觀測1次。

3 觀測結(jié)果分析

從觀測結(jié)果可知，主要有以下幾點(diǎn)特征：

1）墩柱受力普遍大于木垛受力，墩柱平均壓力為木垛平均壓力的2.7倍；

2）墩柱變形微弱（根據(jù)墩柱力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)曲線計(jì)算，墩柱受力100t時(shí)變形量約為19mm）；

3）木垛變形明顯（平均約142mm）。木垛受力達(dá)到約20t后開始產(chǎn)生劈裂，木垛最大承載能力約為35t；

4）至4月28日，墩柱支護(hù)條件下的圍巖變形（頂?shù)滓平科骄鶠?6mm，兩幫移近量平均為42mm）明顯小于木垛支護(hù)條件下的圍巖變形（頂?shù)滓平科骄鶠?22mm，兩幫移近量平均為155mm）；

5）墩柱支護(hù)條件下底鼓現(xiàn)象不明顯，木垛支護(hù)條件下底鼓明顯；

6）墩柱與木垛支護(hù)條件下底鼓形式不同：墩柱起到了減跨作用，底鼓發(fā)生在墩柱與巷幫之間。木垛起到了變形控制作用，底鼓仍為兩幫之間的整體鼓出，木垛對其有約束減緩作用；

7）根據(jù)102工作面開采引起的地表變形觀測研究，采動(dòng)影響劇烈期為工作面前方約50m至工作面后方約150m。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及變化曲線，可得出主要信息匯總表，見表1。

表1 墩柱、木垛測站主要觀測信息匯總

4 402巷礦壓特征機(jī)理研究

4.1 圍巖結(jié)構(gòu)特征

長壁工作面開采后，巷圍巖周圍采空時(shí)，直接頂垮落，老頂斷裂。老頂斷裂后因直接頂充填狀況以及老頂斷裂塊體特征的不同?？赡艹霈F(xiàn)老頂完全垮落甚至楔入未垮落老頂下方、老頂未完全垮落且仍與未垮落老頂有一定程度的鉸接結(jié)構(gòu)特征。

4.2 圍巖壓力特征

采空區(qū)形成初期，巷兩側(cè)煤柱需承擔(dān)倒梯形巖體重力，隨著采空區(qū)巖層活動(dòng)完成以及倒梯形中兩側(cè)部分巖體斷裂滑落，煤柱載荷會(huì)減小。這個(gè)過程因地質(zhì)條件、開采條件的不同而不同。

4.3 中間巷圍巖變形特征

中間巷圍巖變形主要集中在底板和兩幫，以擠壓破碎后的似塑性鼓出變形為主，實(shí)質(zhì)為撓曲斷裂→剪脹→碎脹變形過程。

5 結(jié)論

通過現(xiàn)場觀測并結(jié)合開采沉陷規(guī)律研究成果進(jìn)行綜合分析，對中間巷加強(qiáng)支護(hù)的方式及參數(shù)得出以下結(jié)論和建議：

1）中間巷圍巖結(jié)構(gòu)在兩側(cè)工作面采動(dòng)影響下呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化過程，相應(yīng)的圍巖壓力也呈現(xiàn)出增加→減小的變化過程；

2）底鼓是開采造成的水平應(yīng)力增高和煤柱支承壓力增高共同作用的結(jié)果，巷道交叉處發(fā)生整體性冒落的危險(xiǎn)性大；

3）支護(hù)的成功與否，取決于對圍巖壓力升高過程的適應(yīng)情況；

4）現(xiàn)用木垛加強(qiáng)支護(hù)方案對大部分區(qū)域是成功的，對部分礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)稍顯不足，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整支護(hù)參數(shù)；

5）從試驗(yàn)情況判斷，墩柱試驗(yàn)方案的支護(hù)效果良好。觀測期間墩柱受力均小于屈服強(qiáng)度，書名支護(hù)強(qiáng)度偏高，大面積采用時(shí)還可適當(dāng)增大柱間距；

6）考慮到成本，條件許可可用現(xiàn)澆混凝土墩柱代替試驗(yàn)用墩柱；

7）需要保證巷道的通車功能時(shí)，可采用頂板桁架錨索+底板大錨索加強(qiáng)支護(hù)方案；

8）通過現(xiàn)場錨索受力、破壞現(xiàn)象的觀察，認(rèn)為兩根錨索間采用槽鋼連接存在一些缺點(diǎn)：（1）頂板表面平整度差導(dǎo)致錨索受有過多附加力；（2）槽鋼眼頂板錯(cuò)動(dòng)易使錨索受到剪切作用；（3）錨索拉斷時(shí)槽鋼積聚彈性變形的瞬間恢復(fù)易形成彈射現(xiàn)象，造成傷害事故；（4）彈射過程中錨索與槽鋼間的摩擦作用產(chǎn)生的火花可能引燃、引爆瓦斯。因此，建議錨索間取消槽鋼連接，采用錨索托盤。

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