馬翠元 MA Cui-yuan;孫明東 SUN Ming-dong
(山東能源棗礦集團付村煤業(yè)有限公司,濟寧277605)
付村煤業(yè)有限公司是一座設(shè)計生產(chǎn)能力270萬噸的大型礦井,礦井主采煤層為3上煤和3下煤。3下煤層的直接頂為砂質(zhì)泥巖,厚0.6米,性脆,水平層理明顯,f=4-6;老頂為細砂巖,細粒結(jié)構(gòu),硅質(zhì)膠結(jié),f=6-8,致密堅硬。隨著礦井開采的不斷深入,3上煤層開采對3下煤層的影響逐漸顯露。
3上4 01 工作面于2010年11月回采結(jié)束,3上401小面于2011年12月開始回采。3下401材巷設(shè)計沿F14斷層煤柱布置,3下401掘進工作面于2012年1月施工,3下403材巷在掘進過程中受動壓影響明顯。
圖1 巷道布置平面示意圖
3下4 01 材巷自2012年1月開始綜掘煤巷施工,施工至導(dǎo)14點前110米煤體較為堅硬,巷道無動壓顯現(xiàn)。2012年2月26日在導(dǎo)14點前100-120米段逐漸有壓力顯現(xiàn),現(xiàn)場采取了補打錨索梁措施,但未能阻止巷道變形的進一步發(fā)展。3月1日至3月4日,巷道變形量顯著變化,頂?shù)装逡平考眲≡龃?,最大達100mm/d.迎頭掘進時煤炮頻繁。
2.1 3上401工作面采動影響 3上401工作面于2010年11月7日回采完畢,3下401材巷掘進時3上401工作面的超前壓力影響(1年零6個月)已趨于穩(wěn)定。3上401工作面停采線以外煤柱應(yīng)力在底板中傳遞到3下巷道。
2.2 3上401小面采動影響 根據(jù)巷道掘進度與3上401小面推進度對比,2月28日3下401材巷平面位置與3上401小面相距220m,3月25日巷道與3上401小面相距80m。按照采煤工作面超前壓力影響規(guī)律,顯然2月26日—3月5日3下401材巷受壓變形與3上401小面的推進無關(guān)。
2.3 3上401煤柱的影響分析 3下401材巷的受力變形是其上部的煤柱受壓所致。
應(yīng)力大小分析:根據(jù)上部煤層采動遺留煤柱引起底板巖層內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律可以看出,4-5米煤柱剛達到了應(yīng)力最大值近2-3γH,應(yīng)力在底板中的傳播隨深度增加逐漸減小,9-10米范圍應(yīng)力為2.5σ。
應(yīng)力影響范圍分析:3 下 401 材巷方位 201°01′56″,與3上煤柱夾角13°,巷道寬度為4.0m,計算下覆在煤柱下方的巷道長度L=35.2m,此段巷道受力較為明顯。3下煤層頂板與3上煤柱間距為9-10m,埋深-340—-390,根據(jù)支承壓力在煤層底板中的傳播規(guī)律分析:上部煤層一側(cè)采動,靠采空區(qū)側(cè)0-10m范圍底板巖層0-10m內(nèi)應(yīng)力相對較小,應(yīng)力增高系數(shù)僅為0-0.5,對底板巖層影響幾乎沒有。而在靠煤柱側(cè)0-10m應(yīng)力系數(shù)增高,所以,距3上煤柱0-10m范圍內(nèi)底板巖層應(yīng)力增高對3下巷道影響較大。根據(jù)計算,此段影響巷道長度為66m。由此,3上煤柱對3下401材巷影響范圍理論計算長度應(yīng)為35.2+66=101.1m。
2.4 巖性分析 3下煤層直接頂為厚度0.6米的砂質(zhì)泥巖,f=4-6,性脆,水平層理明顯。因此,該直接頂承壓能力較弱,受壓后易產(chǎn)生碎裂。
2.5 巷道繼續(xù)掘進受壓分析 3下401材巷繼續(xù)掘進,在進入3上401小面底板前,受到3上401小面停采前煤柱的影響。3上401小面于2011年4月17日停采,此時3下巷道正好進入3上煤柱的應(yīng)力影響范圍。由此,3上401小面停采線前30米應(yīng)為疊加應(yīng)力影響區(qū),受壓最大,巷道變形量亦應(yīng)最大。而巷道進入3上401小面采空區(qū)范圍以里后,巷道受壓影響基本可以忽略。
3.1 根據(jù)3上401材巷的受壓分析,巷道掘進期間主要受到3上401巷道煤柱和3上401小面停采煤柱應(yīng)力集中的影響。根據(jù)受壓程度不同,分段采取不同的加強支護措施。
3.2 Ⅰ區(qū):為垂直煤柱壓力影響區(qū),巷道受壓變化較大,采取架工字鋼棚支護。
3.3 Ⅱ區(qū)為3上煤柱側(cè)下壓力區(qū)影響區(qū),其中:A區(qū)為單純巷道煤柱影響范圍,B區(qū)為巷道煤柱+工作面停采煤柱復(fù)合影響區(qū),C區(qū)為工作面后方壓力影響區(qū)。A區(qū)采用的支護方式為:高強度錨桿+錨索+工字鋼對棚復(fù)合支護;B區(qū)采用的支護方式為高強度錨桿+錨索+工字鋼對棚復(fù)合支護;C區(qū)采用的支護方式為高強度錨桿+工字鋼單棚復(fù)合支護。
3.4 不同支護形式的作用分析。錨桿+錨索+架棚支護的形式,錨桿作為主動支護,起基本的承壓作用。錨桿支護的關(guān)鍵是要確保錨桿必須錨固到圍巖松動圈以外,且必須施加一定的預(yù)應(yīng)力。錨索控制頂板的深部離層,其主要特征是預(yù)應(yīng)力大,支護強度更高,起錨桿支護的輔助作用。工字鋼棚作為一種被動支護形式,起抗壓變形的作用,工字鋼棚支護的關(guān)鍵是棚體必須支設(shè)在實底上,棚架穩(wěn)定連體,腰幫背頂要實。
圖2
4.1 集中應(yīng)力的上層煤柱對下層巷道的影響破壞嚴重,必須引起高度重視。
4.2 3下巷道的掘進時間應(yīng)根據(jù)接續(xù)實際,盡量在3上煤層動壓穩(wěn)定下施工。
4.3 3下煤層巷道的支護設(shè)計,必須充分分析巷道受壓狀況,采取可靠穩(wěn)固的支護形式,避免巷道受壓時因準備不足而影響安全和進度。
4.4 根據(jù)施工后巷道變形分析,高強度螺紋錨桿+錨索+工字鋼棚式剛性支護能基本滿足強動壓下的巷道支護,架棚支護后巷道頂幫移近量控制在100mm,支護較為方便,對今后類似巷道的支護設(shè)計具有積極借鑒作用。
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