王 強(qiáng)

（山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

煤炭是重要的經(jīng)濟(jì)能源，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，隨著常年累積開(kāi)采，淺部及地質(zhì)條件簡(jiǎn)單區(qū)域的煤炭資源基本被開(kāi)采殆盡，為了提高煤炭產(chǎn)量，開(kāi)采復(fù)雜地質(zhì)條件下煤炭資源是必然的趨勢(shì)。復(fù)雜地質(zhì)條件不僅增加了開(kāi)采難度，而且給煤礦掘進(jìn)作業(yè)帶來(lái)一定的安全隱患。因此，提高效率、保證安全是掘進(jìn)階段面臨的技術(shù)難題。本文基于常村礦復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)分析，為礦井的實(shí)際掘進(jìn)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 工程背景

常村礦所采3#煤層位于山西組的中、下部，煤層賦存穩(wěn)定，煤層均厚5.85m，煤層傾角0～7°，煤體容重1.4t/m3，埋藏深度為453.2～517.7m之間。

隨著礦井采深增加，地應(yīng)力對(duì)礦井圍巖影響較淺部更加明顯，給掘進(jìn)作業(yè)造成困難。在復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)作業(yè)，受采動(dòng)應(yīng)力影響，巷道圍巖很容易發(fā)生破碎變形，進(jìn)而造成作業(yè)空間收縮，增加巷道作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)部分區(qū)域存在斷層等結(jié)構(gòu)，在掘進(jìn)應(yīng)力的作用下，斷層附近圍巖裂隙更加發(fā)育，導(dǎo)致頂板壓力增大，造成巷道維修頻率增加。

在常村礦西南區(qū)域廣泛分布陷落柱和斷層，而且部分?jǐn)鄬勇洳钶^大，當(dāng)下礦井該區(qū)域正進(jìn)行S3-13工作面的布置。在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，多次遇到斷層和陷落柱等多種地質(zhì)構(gòu)造，其中斷層影響較大，最大落差3.2m，且掘進(jìn)過(guò)程中工作面頂?shù)装逵捕容^低，尤其在斷層附近區(qū)域，極易發(fā)生變形破壞，對(duì)掘進(jìn)工作十分不利，降低了正常掘進(jìn)效率。原巷道初設(shè)支護(hù)方式在不同地質(zhì)條件下，支護(hù)參數(shù)基本相同，導(dǎo)致掘巷期間巷道變形無(wú)法有效控制，因此在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)研究十分必要。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

S3-13回風(fēng)巷掘進(jìn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度500m，采用綜掘機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)。

2.1 直接破頂支護(hù)方式

當(dāng)圍巖普氏系數(shù)大于5，斷層落差不小于2m時(shí)，掘進(jìn)機(jī)可以直接對(duì)斷層頂部進(jìn)行破斷，去除破碎區(qū)域，然后再進(jìn)行錨網(wǎng)索的支護(hù)，可進(jìn)一步提高巷道的自承載能力。

S3-13回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面煤巖體普氏系數(shù)平均為3.8，多次遇到斷層，其中落差最大2.8m，最小0.4m，平均約為1.2m。

針對(duì)落差較小斷層區(qū)域，掘進(jìn)機(jī)直接破巖通過(guò)，正常支護(hù)；而斷層落差較大區(qū)域，針對(duì)前述分析，除巷道破頂之外，由于煤巖體較軟，自承載能力有限，除以上破碎區(qū)域采用的錨網(wǎng)索支護(hù)外，還需要進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。主要形式為“螺紋鋼錨桿+錨索+鋼筋骨架網(wǎng)+槽鋼/U型鋼錨索梁+W鋼帶”，其中頂板錨桿Φ18×2100mm，錨索Φ17.8×6500mm，鋼筋骨架網(wǎng)1000×2000mm，槽鋼120×60×2400mm，W鋼帶3×230×4000mm，U型鋼120×60×2400mm，均采用“三八式”布置。其中回風(fēng)巷道支護(hù)斷面具體如圖1所示。

圖1 直接破頂巷道支護(hù)

2.2 后退臥底支護(hù)方式

在巷道掘進(jìn)中，會(huì)遇到部分?jǐn)鄬影l(fā)育區(qū)域出現(xiàn)斷層下移的情況，當(dāng)斷層落差在2.5m以內(nèi)，且巷道頂板完整性較好時(shí)，可利用錨網(wǎng)索進(jìn)行巷道圍巖的加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道圍巖強(qiáng)度。如圖2所示。

此時(shí)，掘進(jìn)機(jī)應(yīng)滯后支護(hù)位置約16m，以保障支護(hù)作業(yè)的安全正常進(jìn)行。另外，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)面坡度小于實(shí)際土坡坡度時(shí)，掘進(jìn)機(jī)借助不大于10°的載坡進(jìn)行后退臥底作業(yè)，進(jìn)而確保巷道高度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示。

2.3 U型鋼臨時(shí)性支護(hù)方式

在斷層落差過(guò)大時(shí)，由于斷層區(qū)域圍巖受到多次摩擦擠壓，巖性破碎，掘進(jìn)通過(guò)時(shí)需要進(jìn)行臨時(shí)性支護(hù)。臨時(shí)性支護(hù)應(yīng)采用U型鋼協(xié)同錨桿對(duì)頂板圍巖進(jìn)行支護(hù)，提高圍巖錨桿區(qū)的整體性。需要注意的是，除了進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)外，還需要結(jié)合錨桿索等其他措施對(duì)圍巖進(jìn)行深層加固，具體如圖4所示。其中U型鋼采用型號(hào)U36，間距650m，梁腿搭接長(zhǎng)度500mm，頂梁搭接1000mm，頂部4套、幫部各3套卡纜；相鄰支架之間頂部2套、幫部各2套拉板；頂幫錨桿為Φ18 mm×2400mm、間排距800mm×600mm左旋螺紋鋼錨桿。

圖2 后退臥底方式巷道支護(hù)

圖3 后退臥底方式過(guò)斷層

3 結(jié)語(yǔ)

基于掘進(jìn)工作面的實(shí)際地質(zhì)條件，區(qū)分不同情況，采用直接破頂支護(hù)方式、后退臥底支護(hù)方式和U型鋼臨時(shí)支護(hù)方式支護(hù)頂板。通過(guò)上述掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，在巷道掘進(jìn)初始階段，巷道圍巖變形比較強(qiáng)烈，以頂板變形最為突出，尤其是U型鋼臨時(shí)支護(hù)方式中，在0～10d內(nèi)，巷道變形占據(jù)巷道總變形的1/2左右，往后一個(gè)月內(nèi)，變形趨于穩(wěn)定，其中頂?shù)装鍑鷰r變形平均維持在113.82mm，兩幫變形量平均為75.12mm，較礦井原始支護(hù)技術(shù)分別減小了38.13mm和21.74mm，效果較為明顯。