李　勇

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦)

1　工程概況

-550 m水平為龐龐塔煤礦擴(kuò)大延深水平，擴(kuò)大區(qū)內(nèi)主要開采11#、13#煤層。采區(qū)東西走向長約920 m，南北傾斜寬約860 m，面積約0.79 km2。采區(qū)內(nèi)11#煤層厚度最大為1.65 m，最小為1.28 m，平均為1.53 m。中間含有夾矸1～2層，厚度為0.13～0.25 m，結(jié)構(gòu)簡單，埋藏穩(wěn)定。11#煤層下距13#煤層平均為38 m。11#煤層頂板為粉砂巖，局部為粉細(xì)砂巖互層，厚度為9.95～23.5 m，平均16.5 m，厚度穩(wěn)定。該煤層層理、節(jié)理發(fā)育，易冒落并填滿采空區(qū)，易于管理，抗壓強(qiáng)度平均為49.88 MPa，目前采用冒落法管理頂板。該煤層底板為粉砂巖、砂巖，一般發(fā)育一層1.1～0.3 m厚的黏土巖偽底，遇水發(fā)生膨脹，但厚度小，影響不大。采區(qū)內(nèi)13#煤層平均厚度為1.32 m，中間含1～3層不規(guī)則的碳質(zhì)巖和石灰?guī)r結(jié)核，厚度為0.1～0.55 m，煤層有益厚度為1.03 m，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，埋藏較穩(wěn)定，距離11#煤層平均為35.4 m。該煤層頂板為第四層石灰?guī)r，平均厚6.41 m，抗壓強(qiáng)度平均為86.87 MPa，與老頂泥巖可構(gòu)成堅硬穩(wěn)定的頂板，堅硬、穩(wěn)固，屬難冒落頂板，目前采用緩慢下沉法管理頂板；底板為砂質(zhì)黏土巖或黏土質(zhì)砂巖，厚度為1.1～3.2 m，團(tuán)塊狀，無層理，吸水膨脹性小，一般不會引起巷道底鼓[1-3]。

-550 m水平大巷凈斷面面積為14.0 m2，是龐龐塔煤礦擴(kuò)大延深水平的“咽喉”，主要承擔(dān)后續(xù)采區(qū)進(jìn)風(fēng)、運料、行人、排矸等重要任務(wù)。-550 m水平大巷斷面如圖1所示。

圖1　-550 m水平大巷斷面示意(單位：mm)

1410工作面的主采煤層為11#煤層，該煤層厚度最大為1.65 m，最小為1.28 m，平均為1.53 m。該煤層中間含有1～2層夾矸，厚度為0.13～0.25 m，結(jié)構(gòu)簡單，埋藏穩(wěn)定。1410工作面推采方向與-550 m 水平大巷大致平行。該工作面與各跨采巷道的層位關(guān)系如圖2所示。

圖2　1410工作面與水平大巷位置關(guān)系

2　跨采對-550 m水平大巷的采動效應(yīng)分析

2.1　模型構(gòu)建

龐龐塔煤礦1410工作面跨采巷道主要為-550 m 水平大巷。-550 m水平大巷與跨采工作面推進(jìn)方向一致。本研究依據(jù)巷道層位起伏變化特征以及圍巖性質(zhì)構(gòu)建了不同的數(shù)值模型，模擬開采對巷道的影響。-550 m水平大巷在水平面內(nèi)與順槽有一定的夾角，煤層與水平方向也有一定的夾角，為降低模型復(fù)雜程度，近似分析煤層開采對巷道底板的影響程度，設(shè)計-550 m水平大巷與順槽嚴(yán)格垂直，煤層嚴(yán)格呈水平分布。-550 m水平大巷與11#煤層的層位關(guān)系如圖3所示。在-550 m水平大巷與采煤工作面的垂直距離為28 m的條件下，當(dāng)采場邊界跨過-550 m水平大巷6，16，26 m時，本研究就跨采對-550 m水平大巷的采動效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

圖3　-550 m水平大巷與11#煤層層位關(guān)系

2.2　-550 m水平大巷圍巖塑性區(qū)及應(yīng)力分析

跨采工作面回采期間，-550 m水平大巷圍巖應(yīng)力狀態(tài)不斷發(fā)生變化，采場邊界跨過-550 m水平大巷的不同水平距離所對應(yīng)的巷道圍巖塑性區(qū)的變化特征如圖4所示。

在數(shù)值模擬分析跨采工作面回采-550 m水平大巷期間，在-550 m水平大巷頂板和兩幫設(shè)置了觀測點，頂板的垂直應(yīng)力變化以及兩幫的水平應(yīng)力變化特征如圖5所示。

圖4　不同水平距離對應(yīng)的巷道圍巖塑性區(qū)變化特征

由圖4、圖5可知：當(dāng)水平距離為6 m時，塑性區(qū)最大，巷道兩幫和頂?shù)装迤茐妮^明顯，最大破壞深度位于距離頂板2 m處；隨著水平距離增加，塑性區(qū)尺寸線性縮小，當(dāng)水平距離大于16 m時，最大塑性區(qū)深度小于1.7 m；當(dāng)距離增大至26 m時，最大塑性區(qū)深度減少至1m。因此，在水平距離大于26m 的范圍內(nèi)進(jìn)行巷道開挖所受到的采動影響較小。

圖5　巷道圍巖應(yīng)力變化特征

3　跨采前巷道支護(hù)方案

3.1　支護(hù)方案

本研究設(shè)計巷道頂板采用錨桿支護(hù)，兩幫采用錨網(wǎng)噴支護(hù)[4-8]。錨桿為全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，規(guī)格為φ18 mm×2 200 mm，頂板間排距為1 000 mm×1 200 mm，兩幫間排距為1 000 mm×1 000 mm。按懸吊理論計算錨桿參數(shù)，本研究選用φ18 mm×2 200 mm 等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為1 000 mm×1 200 mm滿足設(shè)計要求。巷道開門口三岔門東西各10 m處采用錨桿支護(hù)，錨桿為全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，錨桿規(guī)格為φ18 mm×2 200 mm，間排距為800 mm×1 000 mm。頂板破碎或過斷層采用臨時支護(hù)時，在煤層段，永久支護(hù)至迎頭距離不宜大于1.2 m，放炮前最小空頂距不宜超過1.2 m，放炮后最大空頂距為3 m；在巖石段，永久支護(hù)至迎頭距離不宜大于1 m，放炮前最小空頂距不宜超過1 m，放炮后最大空頂距為2.5 m，放炮后前探梁應(yīng)及時探至迎頭，在前探梁的掩護(hù)下進(jìn)行錨桿支護(hù)。掘進(jìn)中頂板破碎錨桿難以支護(hù)時，可增加錨帶支護(hù)，并縮小錨桿間排距，錨桿規(guī)格為φ18 mm×2 200 mm。臨時支護(hù)采用超前探梁或前探錨桿，探梁采用2根(或3根)長4.5 m的輕軌或2根(或3根)2.5寸圓鐵管制作，探梁前端面距迎頭不宜大于0.3 m，上方用方木或木板接頂。頂板破碎或過斷層時，采用初噴配合超前探梁支護(hù)[9-12]。

3.2　支護(hù)參數(shù)及支護(hù)施工工藝

每班施工人員進(jìn)入迎頭時，邊敲幫問頂邊檢查頂幫圍巖穩(wěn)定情況，檢查錨桿是否符合設(shè)計要求，探梁吊掛是否牢固，通風(fēng)是否良好，錨桿距迎頭是否符合規(guī)定，迎頭10 m以內(nèi)的錨桿是否有松動現(xiàn)象，在上述內(nèi)容檢查合格后，方可打眼放炮[13-15]。放炮后待炮煙散凈視線清楚后，必須由爆破工和班組長(隨身攜帶便攜式瓦斯報警儀)首先巡視爆破地點，檢查通風(fēng)、瓦斯、煤塵、拒爆、殘爆情況，并由外至內(nèi)檢查頂板、錨桿等，擰緊錨桿后方可在前探支架掩護(hù)下敲幫問頂，用長柄工具清除迎頭頂幫懸矸危巖，嚴(yán)格按照要求吊掛風(fēng)筒，施工人員站立于永久支護(hù)區(qū)內(nèi)灑水滅塵，此外，施工人員站立于永久支護(hù)區(qū)內(nèi)將前探梁移至迎頭固定牢固。

采用錨網(wǎng)噴支護(hù)時，錨網(wǎng)為8#鐵絲制作的經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格為6 000 mm×1 200 mm(長×寬)，網(wǎng)格尺寸為80 mm×80 mm(長×寬)，相鄰兩塊網(wǎng)之間用8#鐵絲連接，連接點應(yīng)均勻布置(間距為100 mm)，外加鐵托盤壓網(wǎng)。錨固劑型號為MSCK2860，每根錨桿用1塊樹脂錨固劑固定，錨固長度不少于600 mm。樹脂錨固劑直徑為28 mm，每塊長度為600 mm?；炷帘仨毷褂脴?biāo)號不低于425#普硅酸鹽水泥，沙為河沙，含泥量不大于3%，石屑粒徑不大于15 mm，石子過篩，并用水沖洗干凈，配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶(1～1.5)。速凝劑型號為JB5，摻入量一般為水泥質(zhì)量的2%～4%。噴淋水區(qū)時，可酌情加大速凝劑摻入量，速凝劑必須直接在噴漿機(jī)上料口均勻加入。

巖石錨桿的錨固力不宜小于70 kN，煤層錨桿錨固力不宜小于50 kN，錨桿螺母須使用專用工具擰緊，巖石層擰緊力矩不宜小于300 N·m，煤層擰緊力矩不宜小于180 N·m。錨網(wǎng)噴支護(hù)時，噴漿厚度不宜小于100 mm，采用分次噴漿時，復(fù)噴時間間隔不宜超過2 h，灑水養(yǎng)護(hù)時間不宜少于28 d。噴射混凝土必須使用標(biāo)號不低于425#普硅酸鹽水泥，配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶(1～1.5)，潮料噴漿，攪拌均勻。

錨桿外露長度為30～50 mm，允許誤差為10 mm 或-5 mm。鐵托盤壓網(wǎng)時必須與巖壁壓接密實，緊貼巖壁，金屬網(wǎng)應(yīng)拉緊，噴射混凝土厚度不宜小于100 mm。每隔5 m在巷道拱頂及兩幫各打1組檢測眼，1組5個，檢測噴體厚度是否達(dá)到規(guī)程要求。噴射混凝土質(zhì)量檢測采用鉆取法取樣，用鉆取機(jī)在已噴后且經(jīng)28 d養(yǎng)護(hù)的噴體上直接鉆取直徑50 mm、長度大于50 mm的芯樣，用切割機(jī)加工成兩端平行的圓柱體試塊進(jìn)行試驗，芯樣每組5塊，巷道每30～50 m距離取樣不少于1組。

4　結(jié)　語

以龐龐塔煤礦為例，結(jié)合FLAC3D軟件，數(shù)值模擬分析了在-550 m水平大巷與采煤工作面的垂直距離為28 m的條件下，采場邊界跨過-550 m水平大巷6，16，26 m時-550 m水平大巷底板穩(wěn)定性，認(rèn)為在水平距離大于26 m的范圍內(nèi)進(jìn)行巷道開挖，所受到的采動影響較小。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了跨采前巷道支護(hù)方案，即巷道頂板采用錨桿支護(hù)，兩幫采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，對于確保該水平大巷安全開采以及類似礦山巷道開采及支護(hù)設(shè)計有一定的參考價值。

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