喬 盛

(山西煤炭運銷集團 小窯頭煤業(yè)有限公司, 山西 大同 037003)

極近距離煤層回采巷道支護方案優(yōu)化

喬 盛

(山西煤炭運銷集團 小窯頭煤業(yè)有限公司, 山西 大同 037003)

以小窯頭煤業(yè)極近距離煤層12#煤層巷道支護為背景,通過理論分析,分析了巷道穩(wěn)定性差的主要原因為11-3#號煤層回采后遺留煤柱底板應力集中的影響,并計算影響范圍,根據不同層間距制定不同的支護方案,并通過現場實測,支護效果明顯,保證了工作面的安全回采,為極近距離煤礦巷道支護設計提供了新的思路。

極近距離煤層; 圍巖穩(wěn)定性; 巷道支護; 工程實踐

近距離煤層在我國分布廣泛,由于兩煤層距離較近,在實際回采過程中存在諸多技術難題[1-2]。尤其當下煤層工作面開采時,上煤層遺留煤柱集中應力通過底板傳播到下煤層,使得下煤層采場周圍應力、工作面礦壓顯現進一步復雜化。給下煤層工作面頂板管理以及巷道支護帶來了較大的困難。傳統的單一煤層工作面頂板、圍巖控制理論以及經驗已不能解決近距離煤層工作面開采過程中遇到的問題[3-4]。本文以山西煤炭運銷集團小窯頭煤業(yè)地質條件為背景,對受上煤層遺留煤柱影響的極近距離12#煤層回采巷道圍巖支護技術進行了優(yōu)化,給出了12#煤層回采巷道的支護方案,保證了工作面安全回采。

1 工作面概況

山西煤炭運銷集團小頭窯煤礦主采12#、13#和14#煤層,目前主要回采12#煤層,埋深為250 m～290 m,煤層厚度1.5 m～4.3 m,平均2.67 m,傾角4°～8°,與11-3#煤層層間距1.85 m～11.50 m,平均4.28 m,屬于極近距離煤層開采,層間距極不穩(wěn)定。目前11-3#煤層已經全部回采完畢,留有許多順槽煤柱,在12#煤層巷道掘進時,發(fā)現現有支護方案下,巷道受到11-3#煤柱影響嚴重,巷道片幫、頂板破碎嚴重,給安全生產造成了一定的影響。

2 極近距離煤層巷道穩(wěn)定性研究

在極近距離煤層回采過程中,上煤層遺留煤柱應力會向底板深部延伸,由于兩煤層層間距較小,煤柱的支撐應力會影響到下煤層回采巷道的穩(wěn)定性,給巷道支護帶來一定的困難。上煤層煤柱對下煤層巷道圍巖影響,見圖1。

圖1 極近距離煤層工作面力學結構分析Fig.1 Mechanical & structural analysis of working face in extra-close distance coal seam

根據兩煤層層間距離結合煤柱對下煤層巷道的影響程度,將12#煤層巷道頂板分為三種類型:一是松散體頂板,當層間距H≤2 m時,煤柱對于12#煤層巷道的影響較大,在巷道未開挖之前頂板已經受到一定的破壞,破壞的頂板與上層采空區(qū)矸石混合壓實,此類頂板掘進巷道需利用圓木做假頂配合鋼梁架棚支護;

二是破碎頂板,當層間距2 m

三是普通頂板,當層間距H>4 m,由于受11-3#遺留煤柱底板破壞影響較小,該范圍頂板基本穩(wěn)定,此類型頂板下方支架初撐力可適當提高,掘進巷道在多數情況下,采用錨桿+錨索網支護即可。

3 極近距離煤層巷道支護方案的確定

在近距離煤層下煤層巷道支護中,需要解決的主要問題是如何將破碎頂板組合成一個整體使其形成一定的結構具有承載能力;降低原有受到破壞的圍巖在下煤層回采過程中繼續(xù)破壞。由前述計算分析可知,11-3#層開采后煤柱對底板的影響深度為2.32 m～3.15 m,因此需要對不同層間距下的巷道采用不同的支護方案。本文以12#煤2盤區(qū)21202工作面巷道支護為背景,將支護范圍定為:小于2 m的巷道、2 m～3 m的巷道和3 m以上的巷道,對這三種層間距的巷道分別分段進行支護。

3.1層間距2m以下的巷道支護方案

巷道斷面尺寸為4 000 mm×2 800 mm(寬×高);11#工字鋼棚為主,液壓單體柱為輔,另外在煤柱幫頂部施加錨索(排距1 m);鋼棚排距1 m,每排兩架,工字鋼梁長3.8 m,棚腿2.75 m;頂梁與頂板之間用剎頂木剎緊背牢,剎頂木使用40或60木板,間距800 mm;當頂板破碎或壓力增大時,頂板鋪菱形網,并將網壓緊壓實?，F有支護無法滿足時及時補強支護或在距鋼架兩側100 mm處支設液壓單體柱。

3.2層間距2m～3m巷道支護方案

巷道斷面尺寸為3 600 mm×2 600 mm(寬×高)。支護形式為錨桿+鋼絞線錨索+幫錨桿支護(支護示意圖,見圖2)。

圖2 層間距2 m～3 m巷道支護斷面示意圖Fig.2 Cross-section of roadway support with interlayer spacing ranging from 2 to 3 meters

頂錨桿選用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿鋼錨桿,長度為1.8 m,直徑18 mm。錨桿間排距為800 mm×800 mm,幫錨桿與垂直方向夾角為30°;樹脂藥卷選用1卷K2335和1卷Z2335;選用高強球型托盤(尺寸:150 mm×150 mm×8 mm)聯合W鋼帶壓金屬網的方式進行支護;錨索梁排距1 600 mm,11#工字鋼梁長度3.2 m,設置3個孔,中間孔用錨桿固定。幫錨索與水平方向夾角為30°,排距1 600 mm。當頂板破碎或巷道壓力顯現明顯時,使用單體柱對工字鋼梁進行補強。

3.3層間距3m以上巷道支護方案

巷道斷面尺寸為3 600 mm×2 600 mm(寬×高)。支護形式為錨網索支護(支護示意圖見圖3)。錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm,其余參數與層間距2 m～3 m段方案相同。錨索沿巷道中心線布置1根,排距為2 000 mm,層間距在4 m～5 m時用4 m錨索,5 m～6 m間距用5 m錨索,6 m以上的間距用6 m錨索。

圖3 層間距4m以上巷道支護斷面示意圖Fig.3 Cross-section of roadway support with interlayer spacing more than 4 meters

4 工程應用效果分析

4.1現場支護效果

21202工作面在掘進過程中圍巖變形嚴重,頂板冒漏現象頻發(fā)。補強支護的W鋼帶受到擠壓變形嚴重,局部區(qū)域工字鋼棚彎曲嚴重,頂板下沉量較大,網兜到處可見,巷道整體穩(wěn)定性極差。根據層間距不同,采用分段支護方案,采用新型讓壓支護材料,巷道整體穩(wěn)定性得到維護,鋼棚支護效果較好,頂板基本保持完整。

4.2巷道圍巖應力及變形量監(jiān)測

采用錨桿測力計對掘進和回采期間頂板錨桿、錨索受力情況進行監(jiān)測,測點位于工作面前方100 m處回風巷中部,層間距在5 m左右,監(jiān)測曲線見圖4。巷道掘進期間,頂板錨桿和錨索受力均不大,穩(wěn)定時錨索的軸力為88 kN、錨桿軸力43 kN,錨索受力明顯大于錨桿,這說明錨索是主要的受力體,能夠在很大程度上保證巷道圍巖穩(wěn)定性。

圖4 錨桿、錨索受力情況Fig.4 Force condition of anchor and cable

圖5為測點在工作面回采過程中巷道圍巖變形量,在現有支護下,巷道頂板移近量最大174 mm,兩幫移近量最大169 mm,均在距離工作面30 m位置顯著增大,從圍巖變形量可以看出工作回采過程中,巷道整體處于穩(wěn)定狀態(tài),在超前工作面30 m范圍內要加強支護。

圖5 測點處圍巖移近量隨工作面推進的變化規(guī)律Fig.5 Variance of surrounding rock convergence with working face advancing at the testing points

5 結論

本文以小窯頭煤業(yè)極近距離煤層12#煤層巷道支護為背景,通過理論分析,現場實測等方法得出了以下結論:

1)11-3#煤層遺留煤柱在底板應力集中造成巷道破壞嚴重的主要原因,根據滑移線場理論分析計算得出,煤柱破壞深度為2.32 m～3.15 m。

2) 根據煤層間距小于2 m、2 m～3m、3 m以上的巷道,分別進行分段支護。

3) 對21202工作面回采巷道在工作面回采過程中,巷道圍巖變形量、錨桿、錨索受力情況進行了現場觀測,結果表明,分段支護方案合理,能夠保證工作面安全回采。

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OptimizationofRoadwaySupportSchemeinExtra-closeCoalSeam

QIAOSheng

(XiaoyaotouCoalCo.,Ltd.,ShanxiCoalTransportationandSaleGroup,Datong037003,China)

Taking the roadway supporting in No.12 extra-close coal seam in Xiaoyaotou Mine as the background, theoretical analysis shows that the poor stability is mainly caused by stress concentration in the pillar left over by caving of No.11-3coal seam. The influence range was calculated. Supporting plan was designed by different interlayer spacing. Field testing shows obvious support effects, which ensures the safe caving and provides a new idea for the support design for the extra-close coal seam.

extra-close coal seam; stability of surrounding rock; roadway supporting; engineering practice

1672-5050(2017)04-0011-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.004

2017-06-04

喬盛(1969-),男,山西大同人,本科,助理工程師,從事煤礦開采技術研究。

TD353

A

(編輯:楊 鵬)