黃鵬鵬
(汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè), 山西 靈石 031302)
留設(shè)寬度較大的保護(hù)煤柱護(hù)巷時(shí),雖然可降低巷道受鄰近采面回采影響、提高巷道圍巖穩(wěn)定性,但是也面臨煤柱損失量大、煤柱位置應(yīng)力集中等問(wèn)題[1-2]。隨著煤炭資源高強(qiáng)度開采的持續(xù)推進(jìn),提高煤炭資源利用率成為煤炭回采時(shí)需要面臨的問(wèn)題之一,同時(shí)礦井采深增加導(dǎo)致煤炭回采受瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力等影響更為顯著,礦井普遍面臨較為突出的采掘接替緊張問(wèn)題[3-4]。部分礦井為解決瓦斯涌出量大、增加供風(fēng)量,采用“一面三巷”甚至“一面四巷”方式,通過(guò)增加通風(fēng)巷道數(shù)量滿足煤炭高效回采需要。采面使用多巷回采時(shí)留設(shè)的保護(hù)煤柱寬度往往較小,回采巷道受采動(dòng)壓力影響顯著,導(dǎo)致圍巖控制難度較高。以山西某礦31303 回采巷道圍巖控制為工程背景,在對(duì)動(dòng)壓影響下巷道圍巖變形特征及支護(hù)問(wèn)題分析的基礎(chǔ)上,提出通過(guò)耦合讓均壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)圍巖控制,為巷道安全使用創(chuàng)造良好條件。
31303 綜采工作面開采的13 號(hào)煤層厚度3.9 m,采用綜采開采工藝、一次采全高。13 號(hào)煤層埋深均值450 m,賦存較為穩(wěn)定,直接頂為厚度3.59 m 的泥巖,裂隙發(fā)育且穩(wěn)定性較差;基本頂為厚度9.62 m 的石灰?guī)r,堅(jiān)硬且穩(wěn)定;直接底為3.26 m 的泥巖、砂質(zhì)泥巖互層,遇水容易膨脹;基本底為19.3 m 粉砂巖。31303 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度為1 980 m,采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式,具體布置如圖1 所示。313031 巷、313032 巷均為31301 綜采工作面回采巷道,其中313031 巷、313032 巷分別通過(guò)切頂留巷、保護(hù)煤柱方式保留下來(lái)為31303 綜采工作面生產(chǎn)服務(wù),313032巷與313031 巷間留設(shè)寬度25 m 護(hù)巷煤柱。由于313032 巷受鄰近31301 采面以及31303 開采引起的采動(dòng)壓力影響,導(dǎo)致巷道圍巖變形較大。
313032 巷為矩形斷面,凈寬為5 600 mm、凈高為3 900 mm,沿著13 號(hào)煤層底板掘進(jìn),圍巖綜合采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索+鋼筋托梁方式支護(hù)。頂板用5 根規(guī)格Φ22 mm×2 400 mm 錨桿、3 根規(guī)格Φ22 mm×6 300 mm 錨索,間排距分別按照1 000 mm、1 000 mm,1 500 mm、1 500 mm 布置,頂板用鋼筋托梁強(qiáng)化支護(hù);巷幫布置4 根規(guī)格Φ22 mm×2 400 mm 錨桿,間排距為800 mm、1 000 mm;全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)。
313032 巷在采動(dòng)影響下出現(xiàn)頂板下沉、巷幫收斂以及底鼓明顯等問(wèn)題,為滿足31303 回采要求,需對(duì)巷道斷面進(jìn)行修整。同時(shí)為更好適應(yīng)現(xiàn)有地質(zhì)條件下動(dòng)壓影響巷道圍巖控制需要,提出采用耦合讓均壓技術(shù)支護(hù)313032 巷。
礦井13 號(hào)煤層回采巷道使用的錨桿長(zhǎng)度均為2 400 mm,當(dāng)遇地質(zhì)構(gòu)造時(shí)適當(dāng)加密錨桿、錨索間排距。在地質(zhì)條件正常且不受或者受采動(dòng)影響不顯著區(qū)域內(nèi),巷道錨桿、錨索設(shè)計(jì)方案可滿足圍巖控制需要。但是由于313032 巷受2 次采動(dòng)動(dòng)壓影響,導(dǎo)致巷道圍巖破碎、裂隙發(fā)育以及圍巖變形量大,甚至部分錨桿(索)失效。為此,依據(jù)回采巷道現(xiàn)場(chǎng)情況以及巷道圍巖破碎圈理論,提出將支護(hù)用錨桿長(zhǎng)度由2 400 mm增加至2 800 mm,錨索錨固端位于巷道頂板堅(jiān)硬、穩(wěn)定基本頂中,可滿足支護(hù)需要,為此錨索規(guī)格保持不變。
給錨桿、錨索施加合理的預(yù)緊力,可控制巷道圍巖早期變形。當(dāng)預(yù)緊力偏小時(shí),會(huì)導(dǎo)致巷道圍巖破碎圈范圍增大、早期變形嚴(yán)重,巷道出現(xiàn)頂板破碎、下沉,巷幫收斂嚴(yán)重問(wèn)題;當(dāng)預(yù)緊力偏大時(shí),則增加錨桿、錨索安裝耗時(shí),且在張拉期間容易出現(xiàn)錨桿、錨索被拔出問(wèn)題。結(jié)合以往巷道圍巖支護(hù)經(jīng)驗(yàn),確定頂板及巷幫錨索預(yù)緊力為40 kN,頂板錨索(規(guī)格Φ22 mm×6 300 mm)、巷幫錨索(規(guī)格Φ18.9 mm×4 300 mm)的預(yù)緊力分別為120 kN、100 kN。
313032 巷頂板圍巖采用讓壓錨桿、讓壓錨索支護(hù)(見(jiàn)圖2),具體支護(hù)方案為:
圖2 耦合讓均壓支護(hù)示意圖(單位:mm)
1)巷道頂板及巷幫均用規(guī)格Φ22 mm×2 800 mm讓壓錨桿,布置間排距分別為1 000 mm、1 000 mm,1 100 mm、1 000 mm;頂板及巷幫錨桿分別用15-17TB 讓壓管、12-15TB 讓壓管,讓壓管最大讓壓距離均為35 mm,施加扭矩在250 N·m 以上、預(yù)緊力均為40 kN以上。錨桿用規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm球形托盤護(hù)表,頂錨桿用規(guī)格5300mm×275mm×5mm的六孔W 鋼帶、巷幫錨桿用規(guī)格1 500 mm×275 mm×5 mm 的兩孔W 鋼帶強(qiáng)化護(hù)表。
2)頂板及巷幫分別用規(guī)格Φ21.8 mm×6 300 mm、Φ18.9 mm×4 300 mm 耦合讓壓錨索,布置間排距分別為1 500 mm、1 000 mm,1 200 mm、1 000 mm;頂錨索及巷幫耦合讓壓錨索分別配合26-30TB 讓壓管、21-25TB 讓壓管支護(hù),讓壓管最大讓壓距為50 mm;頂錨索及巷幫錨索施加預(yù)緊力分別為120 kN、100 kN,均用規(guī)格300 mm×300 mm×14 mm 球形托盤護(hù)表支護(hù)。
3)為強(qiáng)化巷道表面支護(hù),頂板用網(wǎng)孔35mm×35mm、規(guī)格為6 000 mm×1 100 mm 的金屬網(wǎng),巷幫采用網(wǎng)孔50 mm×50 mm、規(guī)格2 700 mm×1 100 mm 的復(fù)合金屬網(wǎng)護(hù)表。
在313032 巷使用耦合讓壓技術(shù)支護(hù)后,在313032 巷內(nèi)間隔200 m 布置一個(gè)測(cè)站,對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè),具體獲取到313032 巷圍巖變形情況如圖3 所示。從圖3 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果看出,采用耦合讓壓技術(shù)支護(hù)后,313032 巷圍巖變形呈現(xiàn)前期快速增加、后期逐漸穩(wěn)定趨勢(shì);支護(hù)完成17 d后圍巖變形基本穩(wěn)定,其中頂?shù)装?、巷幫收斂量分別為57 mm、39 mm。
圖3 掘進(jìn)后巷道圍巖變形曲線
31301 采面回采完成60 d 后,在采動(dòng)壓力影響下313032 巷圍巖變形量有所增加,其中頂?shù)装寮跋飵妥畲笞冃瘟糠謩e為260 mm、198 mm,圍巖變形量在允許范圍內(nèi),可滿足后續(xù)31303 采面煤炭開采需要。具體31301 采面回采完成后313032 巷圍巖現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4 所示。
圖4 巷道現(xiàn)場(chǎng)
313032 巷受到31301 以及31303 采面采動(dòng)壓力影響,巷道圍巖在動(dòng)壓作用下出現(xiàn)裂隙發(fā)育、變形量大等問(wèn)題,給巷道后續(xù)使用帶來(lái)一定影響。依據(jù)313032 巷現(xiàn)場(chǎng)情況,提出采用耦合讓均壓技術(shù)控制圍巖變形,具體通過(guò)增加頂板錨桿長(zhǎng)度、增大錨桿及錨索預(yù)緊力、在錨桿及錨索上使用讓壓管,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,313032 巷在動(dòng)壓影響下圍巖變形量大問(wèn)題得以有效解決,在31301 采面回采完畢后頂?shù)装寮跋飵妥畲笞冃瘟糠謩e為260 mm、198 mm,圍巖變形量較小,可滿足31303 采面后續(xù)使用需要。