王亞楠，李德忠

中厚煤層回采巷道礦壓顯現(xiàn)及支護(hù)技術(shù)研究

王亞楠，李德忠

(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001)

在煤礦井巷中，回采巷道的長度約占整個礦井巷道長度的70%左右，隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，回采巷道長度不斷擴(kuò)大，特別是機(jī)軌合一巷的應(yīng)用，使得巷道斷面逐漸增大，回采巷道礦壓顯現(xiàn)非常劇烈，巷道破壞愈加嚴(yán)重。因此，找到礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)行有效的支護(hù)，將對維護(hù)巷道穩(wěn)定和保證礦井的正常生產(chǎn)起到重要作用。通過對兩巷的礦壓觀測及理論分析，得出了中厚煤層的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并做了支護(hù)技術(shù)上的相關(guān)研究。

中厚煤層;回采巷道;礦壓顯現(xiàn);支護(hù)技術(shù)

1 地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件

淮南礦區(qū)某礦16158工作面位于北一采區(qū)南翼，南側(cè)16168工作面及北側(cè)16148工作面已回采完畢，東側(cè)為FW2斷層，西側(cè)為北一采區(qū)巷道。工作面煤層平均厚3.2 m，傾角3°～12°，平均為7°。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚3.7 m，致密;偽頂為泥巖，厚0.4 ～1.2 m，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，易冒落;老頂為粉砂巖，厚度3.1 ～10 m，平均厚6.0 m，致密堅(jiān)硬;直接底為砂質(zhì)泥巖與泥巖，平均厚4.5 m，性脆，遇水膨脹。工作面走向長度1 655 m，工作面長230 m，采用雙巷布置，區(qū)段運(yùn)輸巷5.1 m×3.5 m、區(qū)段回風(fēng)巷4.5 m×3.5 m，均采用錨梁網(wǎng)+錨索、局部架U型棚支護(hù)。工作面采用后退式走向長壁一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法回采。

2 巷道觀測站布置

2.1 超前支護(hù)單體支柱工作阻力觀測

自工作面切眼煤壁前方10 m起在兩巷內(nèi)各按3 m間距安裝10個壓力表，觀測工作面前方超前支護(hù)單體壓力。

2.2 巷道表面變形觀測

自工作面切眼煤壁前方10 m起在兩巷內(nèi)各按6 m間距布置20個測站，依次編號。采用十字布點(diǎn)法，每個斷面內(nèi)達(dá)頂?shù)装宸较蚝蛢蓭头较虻腻^桿，以錨桿端頭為基點(diǎn)，用鋼卷尺測量巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平?。十字布點(diǎn)法示意圖見圖1。

圖1 十字布點(diǎn)法示意圖

3 回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

3.1 回采巷道掘進(jìn)期礦壓顯現(xiàn)

回采巷道在掘進(jìn)成巷后，會引起巷道圍巖應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致徑向應(yīng)力減小，切向應(yīng)力增大并在巷道周邊達(dá)到最大。當(dāng)圍巖極限強(qiáng)度小于此應(yīng)力時便產(chǎn)生破壞，形成塑性區(qū)，隨著破壞向圍巖深處發(fā)展，巖塊抗壓強(qiáng)度逐漸增加，直到出現(xiàn)巖塊極限強(qiáng)度大于支承壓力時，破壞才結(jié)束?？紤]到上區(qū)段采空區(qū)殘余支承壓力的影響，可做出回采巷道掘進(jìn)期間支承壓力分布圖，見圖2。

3.2 回采巷道采動期礦壓顯現(xiàn)

1)當(dāng)工作面推進(jìn)10 m時開始觀測區(qū)段運(yùn)輸巷和區(qū)段回風(fēng)巷各壓力表數(shù)值。見表1，表2。

圖2 回采巷道掘進(jìn)期傾斜方向支承壓力示意圖

表1 區(qū)段運(yùn)輸巷超前支承壓力觀測表

表2 區(qū)段回風(fēng)巷超前支承壓力觀測表

表1和表2反映了受采動影響，工作面超前支承壓力的顯現(xiàn)狀態(tài)，在距工作面煤壁約9 m處，單體支柱工作阻力達(dá)到峰值，而且也可以看出區(qū)段運(yùn)輸巷支承壓力比區(qū)段回風(fēng)巷顯現(xiàn)強(qiáng)烈。

2)根據(jù)砌體梁原理，采空區(qū)老頂達(dá)到垮落極限時會斷裂，形成三鉸拱式平衡，進(jìn)而發(fā)生回轉(zhuǎn)和滑落，造成來壓現(xiàn)象，走向方向支承壓力分布情況見圖3。

圖3 回采期走向方向支承壓力示意圖

由測站測出的數(shù)據(jù)，在工作面前方55 m以外，區(qū)段運(yùn)輸巷和區(qū)段回風(fēng)巷頂?shù)装寮皟蓭蜏y點(diǎn)移近量很小，說明巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟啃?，受回采影響很?超前50 m處巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平恐饾u增大，說明頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟吭黾?，后者更大?距工作面8 m處巷道圍巖變形加劇，巷道斷面明顯縮小，兩幫移近量仍然大于頂?shù)装逡平浚@是因?yàn)橄锏理數(shù)装鍑鷰r強(qiáng)度大于兩幫圍巖強(qiáng)度所致。區(qū)段運(yùn)輸巷礦壓顯現(xiàn)較回風(fēng)巷強(qiáng)烈，是因?yàn)閰^(qū)段運(yùn)輸巷斷面較大而致，同時該巷布置了轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶輸送機(jī)等，對它的支護(hù)極為重要。

4 回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

1)及時有效支護(hù)。首先明確支護(hù)是為了減少和減緩圍巖變形，不可能完全控制它;在巷道開挖后，周邊圍巖由三向受力狀態(tài)變?yōu)閮上蚴芰顟B(tài)，巖塊因強(qiáng)度減小而破壞，破壞向巖體深部發(fā)展，越早進(jìn)行有效支護(hù)，可恢復(fù)巖塊原來三向受力狀態(tài)，增加其強(qiáng)度，使圍巖破裂擴(kuò)展程度減輕，完整性增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)，變形量變小，礦壓顯現(xiàn)變?nèi)酢?/p>

2)支護(hù)形式的選擇。主動支護(hù)效果較被動支護(hù)效果好。傳統(tǒng)的被動支護(hù)方式有U型鋼、工字鋼和單體支柱加鉸接頂梁等，隨著支護(hù)理論的不斷發(fā)展，錨桿支護(hù)越來越普及，錨桿支護(hù)可大大增強(qiáng)圍巖強(qiáng)度，提高圍巖穩(wěn)定性，實(shí)際生產(chǎn)中錨桿支護(hù)與其他支護(hù)結(jié)合起來的聯(lián)合支護(hù)形式更為有效。根據(jù)具體情況，一般頂板可采取U型鋼與高強(qiáng)度全長錨桿支護(hù)方式，兩幫應(yīng)根據(jù)松動圈檢測結(jié)果，選取相應(yīng)參數(shù)的錨桿，必要時需增加防片幫措施;該礦采用的錨梁網(wǎng)+錨索、局部架U型棚支護(hù)，能有效克服傳統(tǒng)支護(hù)方法中存在的弱結(jié)構(gòu)面的問題，使松軟圍巖整體得到控制，取得了較好的支護(hù)效果。底鼓現(xiàn)象比較強(qiáng)烈，對底板的控制也非常重要，可采取鉆孔卸壓、錨桿或封閉式金屬支架等方式。

3)支護(hù)參數(shù)的選擇。回采巷道支護(hù)參數(shù)的選擇直接關(guān)系到支護(hù)效果和生產(chǎn)安全，此外支護(hù)參數(shù)易于掌握，常用到的支護(hù)參數(shù)有支架鋼材型號、支架間距，錨桿長度、排距、預(yù)緊力、密度等。

4)超前支護(hù)。工作面自開切眼向前推進(jìn)過程中，回采巷道承受工作面超前支承壓力和上區(qū)段采空區(qū)殘余支承壓力的共同作用，超前支護(hù)應(yīng)從開切眼時就開始。在工作面前方0～50 m段(受采動影響段)應(yīng)提高支護(hù)強(qiáng)度，特別注意的是在工作面前方8～9 m(支承壓力峰值范圍內(nèi))附近加強(qiáng)支護(hù)，可采取單體支柱加鉸接頂梁支護(hù)，支柱穿鞋，并盡可能增大初撐力，為防片幫，兩幫可采取錨網(wǎng)索支護(hù)。

［1］ 東兆星，吳士良.井巷工程［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009：147－201.

［2］ 錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010：107－112.

［3］ 趙 干.回采工作面超前礦壓顯現(xiàn)特征及控制分析［J］.自然科學(xué)版.安徽理工大學(xué)學(xué)報，2008，28(2)：22－25.

［4］ 林世豪.回采巷道錨桿支護(hù)的研究與應(yīng)用［J］.礦業(yè)快報，2004，5(5)：37－39.

［5］ 許敬立.回采巷道礦壓觀測及圍巖控制技術(shù)研究［J］.江西煤炭科技，2010(4)：97－98.

［6］ 杜善周.回采巷道礦壓規(guī)律與錨桿支護(hù)技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2006(2)：58－60.

Underground Pressure in Medium－thick Coal Seam Mining Roadway and Research on Supporting Technology

Wang Ya－nan，Li De－zhong

The length of the mining roadway about accounted for the whole mine laneway length of about 70%in a coal mine roadway.With the developing of the technology of fully mechanized mining，mining roadway length expands unceasingly，especially the application of machine and track comprehensive transportation roadway，making the roadway section increase gradually，the underground pressure behavior of mining roadway is powerful，roadway destruction has become more serious.So find the mine pressure appeared regularity and effectively support，it has played an important role to maintain the roadway stability and ensure normal production in the mine.Through the underground pressure observation and theory analysis to two roadways，it is concluded that the underground pressure appeared regularity in the medium－thick coal seam，and carry out the related research of the supporting technology.

Medium－thick coal seam;Mining roadway;Underground pressure behavior;Supporting technology

TD326

A

1672－0652(2011)10－0031－02

2011－08－31

王亞楠(1988—)，男，安徽壽縣人，2008級安徽理工大學(xué)在讀本科生，主要從事礦山壓力方面的研究(E －mail)ynwang2020@163.com