王志武

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 四老溝礦，山西 大同 037000)

富煤、貧油、少氣的能源賦存結(jié)構(gòu)特征決定了煤炭一直是我國(guó)的主要消費(fèi)能源。我國(guó)煤層分布廣泛，在西北部地區(qū)賦存許多厚煤層資源。厚煤層的開(kāi)采一般采用綜放開(kāi)采法。由于工作面采高較大，在綜放工作面超前范圍內(nèi)易產(chǎn)生強(qiáng)烈的超前支承壓力，巷道易出現(xiàn)大變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)失效等現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面停采后，液壓支架等綜放設(shè)備無(wú)法安全撤出[1-5]。在高應(yīng)力巷道圍巖控制方面，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了一系列研究。毛懷昆等[6]設(shè)計(jì)了高應(yīng)力巷道錨桿關(guān)鍵參數(shù)，研究了注漿參數(shù)對(duì)圍巖的作用機(jī)理，提出了高應(yīng)力巷道錨注復(fù)合支護(hù)技術(shù)；張向東等[7]分析了采動(dòng)影響下大跨度煤巷變形破壞機(jī)理，設(shè)計(jì)了錨網(wǎng)索帶注耦合支護(hù)技術(shù)。

煤峪口礦8712工作面停采后，其工作面回采巷道出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，已不能滿足工作面搬家需求，因此，計(jì)劃在工作面中部位置掘進(jìn)1條回撤補(bǔ)巷用于工作面搬家。受工作面超前支承應(yīng)力作用，回撤補(bǔ)巷掘進(jìn)圍巖將處于高應(yīng)力環(huán)境，圍巖控制難度較大，基于此，提出煤峪口礦8712工作面高應(yīng)力巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，為類似條件下巷道支護(hù)提供技術(shù)參考。

1 工程概況

煤峪口礦8712工作面開(kāi)采11-12號(hào)煤層，位于307盤區(qū)東部，8712工作面北部和南部分別為8710采空區(qū)、8714采空區(qū)，東部盤區(qū)大巷連接，西部為保護(hù)煤柱，8712工作面相對(duì)位置見(jiàn)圖1。工作面老頂為深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖互層，平均厚度24.6 m，水平層理發(fā)育，含黃鐵礦結(jié)核及炭質(zhì)，性脆，直接頂為深灰色粉砂巖，平均厚度12.5 m，性脆，組織致密，含炭質(zhì)及植物碎屑化石，局部夾泥巖、炭質(zhì)泥巖，直接底為深灰色粉砂巖、細(xì)粒砂巖互層，平均厚度6.4 m，致密，具垂直節(jié)理，含植物化石和黃鐵礦結(jié)核，局部含中砂巖。煤峪口礦8712工作面回采結(jié)束后，工作面超前范圍內(nèi)的回采巷道出現(xiàn)局部冒頂、片幫嚴(yán)重及劇烈底鼓現(xiàn)象，已不能滿足工作面搬家需求，因此，計(jì)劃在8712工作面中部位置掘進(jìn)一條回撤補(bǔ)巷，受高應(yīng)力影響，回撤補(bǔ)巷圍巖控制難度較大。

圖1 8712工作面相對(duì)位置示意

2 工作面超前支承應(yīng)力分布特征

煤峪口礦8712工作面開(kāi)采范圍內(nèi)平均埋深540 m左右，原巖應(yīng)力約13.5 MPa?；诿河?712工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件模擬分析煤峪口8712工作面停采后超前工作面范圍內(nèi)煤體垂直應(yīng)力分布情況(中部回撤補(bǔ)巷位置)，見(jiàn)圖2。理論研究表明，工作面停采后，將在超前范圍內(nèi)形成應(yīng)力降低區(qū)、支承應(yīng)力增高區(qū)與原巖應(yīng)力區(qū)[8]。根據(jù)圖2可知，8712工作面停采后，應(yīng)力降低區(qū)位于超前工作面0～6.0 m范圍，支承應(yīng)力增高區(qū)位于超前工作面6.0～60.0 m范圍，原巖應(yīng)力區(qū)位于超前工作面60.0 m范圍外，應(yīng)力峰值位于超前工作面10 m位置，峰值應(yīng)力約35 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)2.59，同時(shí)根據(jù)8712工作面開(kāi)采過(guò)程中礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，超前工作面55～65 m范圍內(nèi)，其回采巷道超前工作面55～65 m范圍，其圍巖變形顯著增加，因此，綜合確定煤峪口礦8712工作面超前影響范圍為 60 m。

圖2 工作面超前范圍垂直應(yīng)力分布情況

3 高應(yīng)力巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

煤峪口礦8712工作面停采后，在工作面中部位置掘進(jìn)1條回撤補(bǔ)巷，回撤補(bǔ)巷相對(duì)位置見(jiàn)圖3。巷道斷面為直墻半圓拱形，掘進(jìn)寬度4 200 mm、掘進(jìn)高度3 600 mm、墻高1 500 mm，巷道設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)索注+開(kāi)槽卸壓聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，具體如下。

圖3 回撤補(bǔ)巷相對(duì)位置示意

1) 頂板采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用規(guī)格D22 mm、L2 500 mm的左旋高強(qiáng)錨桿，間排距0.7 m×0.7 m，每排布置9根，設(shè)計(jì)錨固力120 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊扭矩300 N·m。錨索采用讓壓錨索，規(guī)格為D17.8 mm、L7 500 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距2.0 m×1.4 m，每排布置4根，設(shè)計(jì)錨固力240 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊扭矩150 kN。金屬網(wǎng)采用直徑為6.5 mm的鋼筋焊接鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)徑70 mm)。

2) 巷幫采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用規(guī)格D22 mm、L2 500 mm的中空注漿錨桿，間排距0.7 m×1.4 m，每排布置4根，注漿材料采用425普通硅酸鹽水泥(水灰比為1∶0.5)，注漿壓力2.0～3.0 MPa。錨索采用讓壓錨索，規(guī)格為D17.8 mm、L4 300 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距0.9 m×1.4 m，每排布置4根，設(shè)計(jì)錨固力240 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊扭矩150 kN。金屬網(wǎng)采用直徑為6.5 mm的鋼筋焊接鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)徑70 mm)。

3) 底板采用錨注+開(kāi)槽卸壓聯(lián)合支護(hù)，錨桿采用規(guī)格D22 mm、L2 500 mm的中空注漿錨桿，間排距2.0 m×1.4 m，每排布置2根，注漿材料采用425普通硅酸鹽水泥(水灰比為1∶0.5)，注漿壓力2.0～3.0 MPa，在巷道底板中部施工寬600 mm、深1 500 mm的卸壓槽。

圖4 巷道支護(hù)斷面圖(mm)

圖5 巷道頂板支護(hù)平面圖(mm)

4 工程應(yīng)用

將提出的高應(yīng)力巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于煤峪口礦8712工作面回撤補(bǔ)巷掘進(jìn)支護(hù)中，同時(shí)，監(jiān)測(cè)了8712工作面回撤補(bǔ)巷圍巖變形情況，變形結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖可知，8712工作面回撤補(bǔ)巷掘巷后，巷道頂板變形主要集中在掘進(jìn)初期10 d內(nèi)，頂板累計(jì)下沉量約134 mm，頂板平均變形速度13.4 mm/d，兩幫累計(jì)移近量約103 mm，底板累計(jì)底鼓量約32 mm，兩幫平均變形速度10.3 mm/d，底板平均變形速度3.2 mm/d；巷道掘進(jìn)15 d后，兩幫和底板變形趨于穩(wěn)定，兩幫最大移近量約129 mm，底板最大底鼓量約39 mm；巷道掘進(jìn)20 d后，頂板變形趨于穩(wěn)定，頂板最大下沉量約191 mm。整體來(lái)看，8712工作面回撤補(bǔ)巷圍巖表面變形均在允許范圍，可滿足工作面回撤要求。綜上所述，高應(yīng)力巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煤峪口礦8712工作面回撤補(bǔ)巷的穩(wěn)定控制。

圖6 5701巷圍巖移近曲線圖

5 結(jié) 語(yǔ)

受工作面超前支承應(yīng)力作用，煤峪口礦8712工作面回撤補(bǔ)巷掘進(jìn)圍巖將處于高應(yīng)力環(huán)境，圍巖控制難度較大。基于此，分析了試驗(yàn)工作面超前影響范圍內(nèi)圍巖的應(yīng)力分布特征。 8712工作面超前影響范圍為60 m，應(yīng)力峰值為35 MPa，應(yīng)力集中系數(shù)2.59，提出了“錨網(wǎng)索注+開(kāi)槽卸壓”的高應(yīng)力巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。煤峪口礦8712工作面回撤補(bǔ)巷掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂板最大下沉量約191 mm，兩幫最大移近量約129 mm，底板最大底鼓量約39 mm，實(shí)現(xiàn)了回撤補(bǔ)巷的穩(wěn)定控制。