田衛(wèi)東

(重慶工程職業(yè)技術學院，重慶 402260)

礦山井下掘進工作的安全與否，直接影響著整個礦井的正常生產與施工進度，掘進工作面可能會遇到無法探明的地質情況，導致掘進進尺的延誤[1-3]，相關資料表明，我國煤礦井下掘進工作面頂板事故一直處于首位，嚴重威脅著礦井的安全施工，因此探討掘進工作面上覆巖層移動規(guī)律，采取有效的支護技術，有著重要意義[4-5]。本文結合掘進工作面上覆巖層移動規(guī)律，對巫山縣興營礦E2111工作面回采巷道掘進工作面的支護方式進行了研究。

1 上覆巖層移動規(guī)律

掘進工作面圍巖體受掘進工作的影響，打破了其原始的應力平衡狀態(tài)，應力重新分布，在圍巖體及支護結構共同作用下，達到新的應力平衡狀態(tài)，掘進工作面圍巖分為巖體較為破碎的松動圈，巖體完整性較好但有變形的塑性區(qū)，以及受影響很小的彈性區(qū)。一般來說，松動圈的巖層雖然強度已有喪失，但仍存在殘余強度，若支護及時，裂隙發(fā)育規(guī)模不大，則松動圈仍可作為承載圍巖應力的巖體，但若支護不及時或支護方法不當，導致松動圈的規(guī)模和范圍較大，圍巖體破碎嚴重，完整性差，承載能力低，則圍巖支護壓力將大大增加，給支護安全帶來許多問題。圖1為巷道開挖后圍巖應力分布，如圖所示，巷道圍巖在水平方向上存在應力降低區(qū)、應力升高區(qū)和應力穩(wěn)定區(qū)，巷道開挖后，破裂松動區(qū)一般包括工作面直接頂和基本頂?shù)牟糠謪^(qū)域，直接頂和基本頂雖有裂隙產生，但仍可形成砌體結構在圍巖應力的作用下保持平衡，此時，若支護不當，則直接頂和基本頂可能發(fā)生垮落，造成工作面的初次來壓，若上覆圍巖體的垮落趨勢不能得到有效控制，則基本頂上方的關鍵層也可能發(fā)生破斷失穩(wěn)，若關鍵層垮落，則掘進工作面將產生大范圍的來壓，來壓劇烈程度大，嚴重威脅工作面頂板安全。

圖1 開挖巷道后圍巖應力分布

由以上分析可知，支護作用對于掘進工作面的頂板安全起著決定性作用，具體支護方式及支護阻力的選擇應根據(jù)煤礦掘進工作面實際地質條件來選定。一般來說在圍巖體破碎強度較低時，應進行及時支護，防止破碎區(qū)的進一步發(fā)展；而當圍巖體完整性好、強度大時，應進行柔性支護，采取一定的讓壓措施，讓圍巖體發(fā)生一定的可控變形，從而減小支護結構的支護阻力，發(fā)揮圍巖的自承作用，使圍巖成為支護結構的一部分?？筛鶕?jù)圍巖壓力與支護阻力特性曲線，來選擇合適的支護阻力及支護時間。

2 工程概況

重慶市巫山縣興營礦E2111首采工作面可采煤層厚度0.5～1.6 m，偽頂破碎易垮落，難以控制，要帶采偽頂，因此確定采高范圍1.1～1.8 m。偽頂和夾矸硬度系數(shù)f=4，煤質硬度系數(shù)f=2～3，埋深700～750 m，工作面最大走向2 800 m，最小1 800 m，底板硬度系數(shù)f=2.3，頂板硬度系數(shù)f=2.1，煤層傾角4°以下，進風巷寬×高=3.8 m×2.8 m，回風巷寬×高=3.4 m×2.4 m。

煤層含夾矸，頂板為黑色泥巖，底板為粘土巖、泥巖，巖石和煤的硬度雖然不算太大，但對采煤機和刮板機而言硬度已經(jīng)不算小，屬硬質煤，并且割巖、運巖、硬度長期不變，工作面走向長度大、推采時間長。

3 支護設計

3.1 基本支護理論

在該工作面回風巷和進風巷的掘進過程中，采用何種支護方式成為首要問題之一，若支護強度過大，不僅耗費財力物力，且不一定能達到最好的支護效果，有可能造成支護阻力過大，破壞支護結構，甚至發(fā)生錨桿的拉剪破壞，嚴重威脅掘進工作面的安全施工；若支護強度過小，雖然節(jié)省了耗材，但掘進工作面上覆圍巖體的破碎區(qū)域可能會得不到控制，而進一步發(fā)展，發(fā)生大面積來壓，造成掘進工作面頂板失穩(wěn)。

3.2 支護方式

根據(jù)興營礦具體的地質條件及掘進巷道頂板圍巖移動規(guī)律，提出采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術對掘進巷道頂板及兩幫進行支護，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護可有效解決掘進工作面圍巖體破碎及支護壓力大等問題，錨索可將掘進工作面的破碎圍巖體錨固在深部較為完整和穩(wěn)定的圍巖體中，控制破碎區(qū)域巖體的進一步發(fā)展，錨桿主要支護范圍為圍巖體較淺的部位，同時錨桿和錨索的支護范圍可相互補充，加上鋼筋網(wǎng)片的作用，可達到控制圍巖體進一步變形的目的，且錨網(wǎng)索支護技術在我國各大礦區(qū)都有應用，施工技術和參數(shù)較為成熟，成本低，效果好。E2111進風巷、回風巷的支護參數(shù)如表1所示。

表1 巷道支護參數(shù)

4 支護效果分析

在E2111進風巷、回風巷掘進工作面頂板和兩幫布置位移監(jiān)測計，來觀測頂板及兩幫的位移，設專人進行數(shù)據(jù)讀取與記錄，觀測周期為每班一次，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，預測預報巷道圍巖的安全問題，本文選取E2111進風巷頂板位移及兩幫的位移數(shù)據(jù)，來分析評價支護方式的效果及合理性，如圖2所示。

圖2 E2111進風巷頂板及兩幫位移

由圖2可知， E2111進風巷掘進工作面頂板最大位移量發(fā)生在距離工作面約200 m處，位移量為60 mm，且頂板位移量整體上先增后減，符合支護規(guī)律；兩幫最大位移量約為45 mm，兩幫位移曲線整體規(guī)律與頂板位移曲線相同。以上數(shù)據(jù)表明，在巫山縣興營礦E2111進風巷、回風巷掘進工作面采用錨網(wǎng)索支護技術達到了應有的支護效果，保障了巷道的使用安全。

5 結 語

1) 探討了掘進工作面上覆巖層的移動規(guī)律及開挖后巷道應力分布規(guī)律，提出支護方式對上覆圍巖體的變形具有重要影響；

2) 結合巫山縣興營礦E2111進風巷、回風巷掘進工作面具體情況，提出采用錨網(wǎng)索支護技術，且觀測了E2111進風巷頂板及兩幫的位移情況，觀測數(shù)據(jù)表明，采用該支護方式，巷道位移量小，安全性高，能夠保證工作面回采安全。