張學鋒

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

常村煤礦為高瓦斯礦井，分上下水平開采，520水平逐步枯竭，470下水平工作面掘進時瓦斯涌出量較大，必須配套瓦斯鉆場及瓦斯抽放系統(tǒng)。和普通巷道尺寸相比較，大斷面瓦斯抽放鉆場具有巷道跨度大、采掘擾動影響范圍廣、頂板離層下沉等特點，巷道圍巖穩(wěn)定性普遍較差，特別需要加強支護控制。本文采用FLAC3D三維數值模型對常村煤礦470水平22采區(qū)2201軌道巷鉆場進行了模擬分析。

1 工程背景

2201工作面位于470水平22采區(qū)，工作面傾向長260 m，走向長1 010 m，工作面標高為440～460 m，屬于近水平工作面，煤層厚度為5.95～7.30 m，平均厚度為6.65 m，局部含夾矸一層，平均厚度為0.33 m，開采方式為走向長壁后退式綜采放頂煤采煤法。巷道內瓦斯抽采鉆場采用邁步式布置，間隔60 m，斷面為不規(guī)則梯形，外寬8 m、里寬4 m、深4 m，鉆場與巷道中線呈45度外偏角抹角，高度同掘進巷道一致。支護方式為全錨支護，巷道采用“小五花”布置，排距1 m；鉆場內每排2根，排距1 m。為了分析錨索的支護效果，以2201工作面軌道巷鉆場為研究對象，采用FLAC3D軟件建立了如圖1 所示的三維數值模型，分析瓦斯抽放鉆場掘進過程中圍巖應力和變形情況。

2 鉆場掘進過程中圍巖應力變化規(guī)律

鉆場開挖后，其形成的圍巖最大主應力分布云圖如圖2所示。從圖中可以看出，圍巖受到鉆場開挖二次擾動后，應力最大值達到14.143 MPa,頂板應力擾動范圍達到16 m。同時，靠近鉆場一側的幫圍巖內的集中應力距離巷道表面減少為3.6 m。說明，鉆場開挖后，圍巖應力擾動范圍擴大，致使巷道淺部圍巖變形量顯著增加。

圖1 2201軌道巷鉆場模型

圖2 鉆場形成后圍巖應力分布云圖

3 鉆場掘進過程中圍巖位移變形規(guī)律

鉆場開挖后，其形成的圍巖位移分布云圖如圖3 所示。從圖中可以看出，開挖鉆場一側的幫部圍巖變形量最大為272.7 mm，頂板圍巖最大下沉量為180 mm，出現在整個巷道跨度中間4.5 m的位置。同時，頂板深部巖層離層量增加至30 mm。以此可以看出，鉆場掘進過程中產生的二次擾動會影響巷道圍巖穩(wěn)定性，尤其是軌道巷整體跨度增加至9 m后，頂部巖層的彎曲下沉量和內部離層會加快；同時巷道圍巖應力重新分布的整個過程也會對鉆場圍巖穩(wěn)定性產生顯著影響，這就必須對鉆場及其周邊進行加強支護。

圖3 鉆場形成后圍巖位移分布云圖

4 鉆場加強支護

鉆場開挖后，為保持圍巖穩(wěn)定性，需加強鉆場頂板和三幫支護，對鉆場口及前后10 m范圍內巷道加強支護，頂幫全部由1 m排距縮為0.9 m排距施工，鉆場口及前后5 m在鉆場側每排打設一根D22 mm×7 300 mm鎖口錨索，鉆場內每排打設兩根錨索，同時在巷幫中間位置采用一根錨索隔排打設對巷幫加強支護，錨索規(guī)格為D22 mm×4 300 mm的1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線，延伸率7%，錨索托板規(guī)格為拱高60 mm、300 mm×300 mm×16 mm的高強度可調心托板及其配套鎖具。錨固時使用3支中速2350樹脂藥卷進行錨固，攪拌時間為(40±5)s。錨索預應力不低于250 kN，實行超漲拉，初次漲拉不低于300 kN，錨固力不小于300 kN。鉆場掘成后在正巷切線上隔排打設一根小頭直徑不小于200 mm的點柱，并安設綜合測站，具體參數如圖4 所示。

圖4 鉆場加強支護平面

5 礦壓觀測及應用效果分析

為及時觀察瓦斯抽放鉆場礦壓顯現和變形情況，在2201軌道巷鉆場內布置一個綜合測站，測站內包含一個表面位移監(jiān)測斷面、一個頂板離層儀、一個錨索受力監(jiān)測斷面和三個錨桿受力監(jiān)測斷面。巷道掘進時每班對壓力情況進行了觀測和記錄，并對比分析。通過礦壓觀測結果來看，巷道頂板下沉量在35～65 mm之間，巷幫的位移量在55～95 mm之間，支護效果良好，后期頂板穩(wěn)定，保證了采掘期間的頂板安全。

6 結 語

通過對鉆場模擬及現場效果觀測分析，結果得出：鉆場開挖后會產生明顯位移，通過加強支護后，位移量得到控制，并趨于穩(wěn)定。通過半年多觀測，2201軌道巷及鉆場頂幫無明顯變化。本次試驗對今后施工鉆場全錨支護效果具有重要的借鑒意義。