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        2北206 工作面沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究及應(yīng)用

        2021-11-09 08:29:20
        山東煤炭科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:空掘巷煤柱區(qū)段

        魏 建 馬 濤

        (棗莊大興礦業(yè)有限責(zé)任公司,山東 棗莊 277000)

        留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)具有煤炭回采率高、可緩解工作面采掘接替緊張和有效控制巷道圍巖變形等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)該技術(shù)在我國(guó)各大礦區(qū)的應(yīng)用日益廣泛[1-4]。韓海洋基于巷道不同地段地質(zhì)構(gòu)造條件對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整,解決了東周窯礦5105回風(fēng)巷小煤柱沿空掘巷支護(hù)難題[5]。關(guān)俊紅對(duì)紅山煤業(yè)膠順留小煤柱沿空掘巷過(guò)程中不同區(qū)段圍巖結(jié)構(gòu)及變形進(jìn)行分析,提出了分階段支護(hù)方案[6]。上述研究推動(dòng)了留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。但是,沿空掘巷巷道受鄰近工作面回采和本工作面回采巷道掘進(jìn)等多重采動(dòng)影響,巷道圍巖條件復(fù)雜,對(duì)其圍巖控制應(yīng)根據(jù)具體工程地質(zhì)條件進(jìn)行研究和分析[7-8]。該論文以大興礦業(yè)2北206 運(yùn)輸巷為研究背景,通過(guò)對(duì)巷道過(guò)采空區(qū)時(shí)圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征的分析,提出了分階段針對(duì)性支護(hù)方案,有效控制了巷道圍巖變形,為類似工程條件工作面巷道圍巖控制提供了借鑒。

        1 工程概況

        大興礦業(yè)現(xiàn)主采2#煤層,煤層均厚4.0 m,平均傾角22°,煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,賦存穩(wěn)定。2#煤直接頂為泥巖,均厚2.5 m;基本頂為中砂巖,均厚30.9 m;直接底為泥巖,均厚7.1 m;基本底為細(xì)砂巖,均厚2.4 m。2北206 工作面位于北翼采區(qū),埋深約575.1~694.8 m,工作面西部為F3 斷層,北部為2北202 采空區(qū),東部和南部為實(shí)體煤區(qū)。2北206 運(yùn)輸巷沿2#煤頂板掘進(jìn),采用錨網(wǎng)索帶支護(hù),巷道為矩形斷面,尺寸為3400 mm×2600 mm(寬×高)。巷道自切眼掘進(jìn)231 m 后將揭露2北202 采空區(qū),巷道圍巖破碎,施工難度大。為提高巷道掘進(jìn)效率、縮短巷道施工周期和提高煤炭資源回采率,決定在2北206 運(yùn)輸巷揭露2北202 采空區(qū)期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)施工。2北206 工作面布置情況如圖1。

        圖1 工作面平面布置示意圖

        2 巷道圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征分析

        2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)期間采用留窄煤柱沿空掘巷技術(shù)施工,與2北202 采空區(qū)間留設(shè)6 m 寬的護(hù)巷窄煤柱。2北202 工作面采動(dòng)影響導(dǎo)致工作面?zhèn)认蛎后w完整性降低、破碎程度增大。巷道沿空掘進(jìn)期間,護(hù)巷窄煤柱側(cè)煤體裂隙發(fā)育,完整性差,煤柱承載能力較弱?;?北202 工作面回采巷道施工經(jīng)驗(yàn)知,巷道在揭露2北202 采空區(qū)之前,巷道圍巖變形量較小,穩(wěn)定性較好。但是,巷道在揭露2北202 采空區(qū)后,在鄰近工作面采動(dòng)應(yīng)力和2北206 運(yùn)輸巷掘進(jìn)應(yīng)力雙重作用下,巷道圍巖裂隙將進(jìn)一步發(fā)育、擴(kuò)展,巷道圍巖完整性嚴(yán)重劣化,煤柱承載能力嚴(yán)重受損而極易發(fā)生冒頂、片幫事故[3-4],嚴(yán)重影響巷道正常施工和工作面的安全高效生產(chǎn),是巷道支護(hù)時(shí)的重點(diǎn)區(qū)域[6-8]。

        3 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

        3.1 正常段支護(hù)方案

        基于2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)前巷道圍巖結(jié)構(gòu)及完整性較好的特點(diǎn),同時(shí)參考2北202工作面回采巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)該區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)。支護(hù)斷面圖如圖2,具體參數(shù)如下:

        圖2 正常區(qū)域巷道支護(hù)斷面圖

        (1)頂板支護(hù)。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿,間排距為1100 mm×1000 mm,每排4 根錨桿,兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置,中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370 樹(shù)脂錨固劑各1 卷,錨固力不低于120 kN,預(yù)緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm正方形碗狀鋼托盤,金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編織而成的長(zhǎng)3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網(wǎng),采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。

        (2)兩幫支護(hù)。巷幫采用Ф18 mm×2000 mm左旋螺紋鋼錨桿,間排距1200 mm×1000 mm,每排3 根錨桿,均垂直巷幫布置,上、下兩根錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1卷CK2370 樹(shù)脂錨固劑,錨固力不低于100 kN,預(yù)緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10 mm 正方形碗狀鋼托盤。

        3.2 過(guò)采空區(qū)段支護(hù)方案

        針對(duì)2北206 運(yùn)輸巷在揭露2北202 采空區(qū)期間巷道圍巖結(jié)構(gòu)劣化、完整性差及煤柱幫變形量大于實(shí)體煤幫等特點(diǎn),在正常區(qū)域支護(hù)方案的基礎(chǔ)上提出“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)方案,如圖3,具體支護(hù)參數(shù)如下:

        圖3 加強(qiáng)支護(hù)段巷道支護(hù)斷面圖

        (1)頂板支護(hù)。頂板采用Ф20 mm×2200 mm的左旋螺紋鋼錨桿,間排距為1100 mm×800 mm,每排4 根錨桿,兩肩窩錨桿分別距巷幫100 mm 并與豎直方向呈15°角布置,中間兩根錨桿垂直頂板布置。每根頂板錨桿配合使用CK2350 和CK2370樹(shù)脂錨固劑各1 卷,錨固力不低于120 kN,預(yù)緊力不低于220 N·m。托盤采用150 mm×150 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤,金屬網(wǎng)采用10#鐵絲編織而成的長(zhǎng)3000 mm、寬900 mm 的菱形金屬網(wǎng),采用GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 030 鋼帶。錨索采用Ф21.6 mm×6000 mm 的1×7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,“二0 二”布置,間排距2400 mm×2000 mm,每根錨索配合使用2 卷CK2370和1 卷CK2350 樹(shù)脂錨固劑,錨索初始張拉至200 kN。錨索托盤采用300 mm×300 mm×14 mm 高強(qiáng)度方形帶拱托盤,配調(diào)心球墊。采用16#槽鋼,長(zhǎng)度2600 mm,與兩根錨索組合成槽鋼梁。

        (2)兩幫支護(hù)。實(shí)體煤側(cè)巷幫采用規(guī)格為Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿,間排距為1200 mm×800 mm,每排3 根錨桿;煤柱側(cè)巷幫采用Ф18 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿,間排距800 mm×800 mm,每排4 根錨桿。所有幫錨桿均垂直巷幫布置,上、下錨桿分別距頂、底板100 mm。每根幫錨桿配合使用1 卷CK2370 樹(shù)脂錨固劑,錨固力不低于100 kN,預(yù)緊力不低于180 N·m。托盤采用100 mm×100 mm×10mm 正方形碗狀鋼托盤。

        4 巷道圍巖變形觀測(cè)及分析

        為了分析所提支護(hù)方案對(duì)巷道圍巖的控制效果,在2北206 運(yùn)輸巷內(nèi)布置測(cè)站,采用“十字布點(diǎn)法”對(duì)巷道圍巖表面位移量進(jìn)行觀測(cè)和記錄。分別選擇正常段和過(guò)2北202 采空區(qū)段的1 組觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,不同區(qū)域巷道表面位移量如圖4。

        圖4 不同區(qū)段巷道表面位移量

        由圖4 可知,在正常區(qū)段和過(guò)采空區(qū)段,巷道兩幫移近量均顯著大于頂?shù)装逡平浚揖诰嘤^50 m 范圍內(nèi)呈先快速增大,在距迎頭50~100 m范圍內(nèi)趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。在正常區(qū)段,巷道兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為100.81 mm 和31.06 mm;在過(guò)采空區(qū)段時(shí),巷道兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為121.08 mm 和44.83 mm。由此可見(jiàn),對(duì)正常區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)和對(duì)過(guò)采空區(qū)段巷道采用“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)可有效控制2北206 運(yùn)輸巷圍巖變形。

        5 結(jié)語(yǔ)

        基于對(duì)2北206 運(yùn)輸巷留窄煤柱沿空掘巷巷道圍巖結(jié)構(gòu)及變形特征的分析,并結(jié)合2北202 工作面回采巷道支護(hù)經(jīng)驗(yàn),提出在正常區(qū)段采用“錨網(wǎng)帶”支護(hù)方案,在過(guò)2北202 采空區(qū)段采用“錨網(wǎng)索帶+槽鋼梁+縮小錨桿間排距”加強(qiáng)支護(hù)方案?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明,針對(duì)巷道不同區(qū)段圍巖特征采用不同的針對(duì)性支護(hù)方案后,巷道兩幫和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e121.08 mm 和44.83 mm,有效控制了巷道圍巖變形。

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