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        動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律及控制技術(shù)研究

        2019-12-27 06:10:18
        山東煤炭科技 2019年12期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)壓監(jiān)測點(diǎn)巷道

        尚 健

        (山西潞安工程有限公司,山西 長治 046100)

        煤礦巷道掘進(jìn)后處于應(yīng)力平衡狀態(tài),當(dāng)受到周圍的采動(dòng)影響時(shí),原有的平衡狀態(tài)被打破,會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中,導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力增大出現(xiàn)變形破壞,多數(shù)巷道受多次動(dòng)壓影響后反復(fù)維修,甚至一些巷道多年后才能穩(wěn)定下來。我國常采用錨網(wǎng)索支護(hù)、注漿加固等方式提高動(dòng)壓巷道穩(wěn)定性,雖然取得了一定的效果,但是動(dòng)壓對巷道的影響周期長,支護(hù)技術(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化。

        1 工作面概況

        常村煤礦21150工作面位于第二水平21采區(qū)東翼,埋深約750~900m左右,西側(cè)為21采區(qū)三條下山煤柱,東側(cè)為F16斷層煤柱,工作面上部為已回采的21132工作面,下部為未回采的21170工作面。工作面主采3#煤層,平均厚度6.05m,煤層賦存穩(wěn)定,頂板由粉砂巖和中砂巖構(gòu)成,底板由細(xì)粉砂巖構(gòu)成。工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷掘進(jìn)后受動(dòng)壓影響,變形破壞嚴(yán)重,因此,需要采用合理的支護(hù)措施提高巷道的穩(wěn)定性。

        2 動(dòng)壓巷道圍巖變形監(jiān)測

        2.1 監(jiān)測點(diǎn)布置位置

        在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m、550m位置處分別布置兩個(gè)測點(diǎn),測點(diǎn)編號(hào)為1#、2#,監(jiān)測工作面每回采20~30m期間動(dòng)壓巷道圍巖變形量。在運(yùn)輸巷掘進(jìn)至700m、800m位置處分別布置兩個(gè)測點(diǎn),測點(diǎn)編號(hào)為3#、4#,監(jiān)測工作面運(yùn)輸巷受動(dòng)壓影響下巷道圍巖變形量。

        2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

        (1)1#監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果

        在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m布置1#監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

        表1 1#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果

        根據(jù)1#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果,得到巷道圍巖累積變形量,其結(jié)果如圖1所示。

        圖1 1#監(jiān)測點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

        (2)2#監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果

        在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至550m布置2#監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

        根據(jù)2#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果,得到巷道圍巖累積變形量,其結(jié)果如圖2所示。

        圖2 2#監(jiān)測點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

        表2 2#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果

        (3)3#監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果

        在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至700m布置3#監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

        根據(jù)3#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果,得到巷道圍巖累積變形量,其結(jié)果如圖3所示。

        (4)4#監(jiān)測點(diǎn)結(jié)果

        在21150工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)至800m布置4#監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測結(jié)果如表4所示。

        圖3 3#監(jiān)測點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

        表3 3#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果

        表4 4#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果

        根據(jù)4#監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果,得到巷道圍巖累積變形量,其結(jié)果如圖4所示。

        圖4 4#監(jiān)測點(diǎn)巷道圍巖變形累積量

        2.3 動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律

        由不同監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和累積圍巖位移圖可以得到動(dòng)壓巷道圍巖變形的規(guī)律,分為3個(gè)階段:

        (1)超前變化階段。當(dāng)工作面回采至超前觀測點(diǎn)20~70m位置處,運(yùn)輸巷圍巖就已經(jīng)開始出現(xiàn)蠕變,變形速率慢且變化不明顯,巷道兩幫圍巖要先于頂?shù)装遄冃巍?/p>

        (2)同位變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測點(diǎn)位置時(shí),運(yùn)輸巷圍巖變形量大且變形明顯,兩幫移近量趨近于峰值,頂?shù)装逡平坎粩嘣龃蟆?/p>

        (3)滯后變化階段。當(dāng)工作面回采至監(jiān)測點(diǎn)后40~60m位置時(shí),運(yùn)輸巷頂?shù)装逡平繙笥谕七M(jìn)位置,在該區(qū)域內(nèi)變形量達(dá)到最大值,兩幫移近量開始減小。

        3 動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)

        3.1 錨網(wǎng)索支護(hù)

        21150工作面運(yùn)輸巷頂幫采用錨網(wǎng)索支護(hù)的方式,頂板和幫部錨桿均采用Φ20×2000mm高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿,錨桿間距為800mm,排距為1600mm。錨網(wǎng)全斷面掛網(wǎng),網(wǎng)間搭接100mm,用14#鐵絲聯(lián)網(wǎng)間距為:每隔一孔聯(lián)一扣。錨索使用Φ18.9mm的鋼絞線制作,長度為6500mm,間距為1600mm。樹脂藥卷采用Φ23×500mm樹脂錨固劑,每根錨索3塊藥卷。錨網(wǎng)索支護(hù)示意圖如圖5所示。

        3.2 二次注漿加固

        由于21150工作面運(yùn)輸巷受動(dòng)壓影響圍巖變形破壞更加嚴(yán)重,需要對巷道圍巖進(jìn)行二次注漿加固。沿著巷道軸向共布置5個(gè)注漿孔,巷道注漿長度60m,孔徑為85mm,孔深4.5m。工作面回風(fēng)巷注漿液選用水泥單漿液,水泥為P.S32.5R普通硅酸鹽水泥,W/C=0.45~0.5,摻加少量水玻璃,提高漿液的流動(dòng)性及和易性。水泥水灰比為2:1、1:1和0.75,注漿液水玻璃選用濃度為35~42Bé,水泥和水玻璃比例為1:1。

        注漿開始應(yīng)緩慢升壓,正常為0.5~1.0MPa,終壓為2.0MPa。當(dāng)觀測圍巖相對位移達(dá)到30mm時(shí),表明圍巖1.5m范圍內(nèi)已產(chǎn)生了松動(dòng)裂隙,此時(shí)注漿為最佳時(shí)機(jī),其漿液有效擴(kuò)散范圍將達(dá)到2m左右。

        圖5 錨網(wǎng)索支護(hù)示意圖

        3.3 支護(hù)效果檢驗(yàn)

        21150工作面運(yùn)輸巷采用錨網(wǎng)索和二次注漿加固后,對支護(hù)效果進(jìn)行檢驗(yàn)。通過在巷道設(shè)監(jiān)測站,監(jiān)測巷道圍巖變形量。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知,支護(hù)后巷道圍巖變形量和變形速率都有了明顯的減小,頂板最大下沉量為150mm,兩幫最大移近量為700mm。由此可知,支護(hù)取得了良好的效果,保證了巷道的穩(wěn)定性,有利于工作面的安全回采。

        4 結(jié)論

        (1)以21150工作面運(yùn)輸巷動(dòng)壓巷道為研究對象,通過在運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450m、550m、700m、800mm布置4個(gè)測點(diǎn),監(jiān)測動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律。通過監(jiān)測結(jié)果可知,動(dòng)壓巷道圍巖變形規(guī)律可以分為超前變化階段、同位變化階段、滯后變化階段,圍巖最大變形量為600mm。

        (2)針對21150工作面受動(dòng)壓影響圍巖變形破壞嚴(yán)重的問題,提出采用錨網(wǎng)索+二次注漿加固的措施對巷道進(jìn)行支護(hù),設(shè)計(jì)了支護(hù)參數(shù)和注漿參數(shù),支護(hù)后巷道圍巖變形量和變形速率都有了明顯的減小,取得了良好的效果。

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