大采高工作面回采巷道巷耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)研究

武炳楠

【摘 要】 文章以受動(dòng)壓影響明顯的23022巷圍巖控制為工程背景，采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)對(duì)圍巖進(jìn)行控制，并詳細(xì)對(duì)支護(hù)方案以及支護(hù)效果進(jìn)行分析與研究。研究結(jié)果表明：1）23022巷圍巖變形控制困難原因主要是受2302及2304采面采動(dòng)動(dòng)壓影響，圍巖破碎，原有的支護(hù)體系結(jié)構(gòu)失效，從而造成圍巖變形量過大，需多次進(jìn)行修整;2）采用耦合讓均壓支護(hù)后，支護(hù)體系可與圍巖耦合作用共同承擔(dān)采動(dòng)動(dòng)壓影響，提升圍巖承載能力并降低圍巖變形;3）根據(jù)23022巷圍巖受力特點(diǎn)，將支護(hù)方案劃分成巷道掘進(jìn)時(shí)以及2302采面回采后兩個(gè)階段，不僅可提升巷道掘進(jìn)效率而且可對(duì)留巷巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后23022巷頂?shù)装?、巷幫最大變形量分別為0.6m、0.5m，巷道圍巖穩(wěn)定、斷面積可滿足2304采面回采需要。

【關(guān)鍵詞】 大采高;動(dòng)壓影響;回采巷道;小煤柱;讓均壓支護(hù)

隨著礦井生產(chǎn)能力的提升，為了便于通風(fēng)、行人以及煤炭、設(shè)備、材料運(yùn)輸，井下采煤工作面回采巷道數(shù)量由傳統(tǒng)的2條向3條甚至4條方向發(fā)展。為了降低巷道掘進(jìn)工作量，采面回采巷道往往保留1～2條作為鄰近采面回采巷道使用，同時(shí)為降低煤炭資源損失往往采用小煤柱護(hù)巷方式維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定。保留的巷道會(huì)受到采面采動(dòng)動(dòng)壓影響，造成圍巖控制困難，特別是大采高工作面礦壓顯現(xiàn)更為明顯，給留巷工作帶來顯著影響。如何確保大采高回采工作面動(dòng)壓影響巷道圍巖穩(wěn)定是煤炭回采時(shí)需要解決的現(xiàn)實(shí)問題，因此，文中就提出采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)對(duì)大采高工作面留巷圍巖進(jìn)行控制，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得顯著效果，以期能為其他礦井動(dòng)壓影響巷道圍巖控制提供一定借鑒。

1工程概況

1.1地質(zhì)概況

2302工作面開采的3號(hào)煤層埋深平均520m，平均厚5.5m，采用大采高開采工藝。直接頂為3.82m泥巖;老頂為10.56m堅(jiān)硬砂巖;直接底為9.89m砂質(zhì)泥巖、泥巖。23021巷、23022巷分別為2304大采高工作面主運(yùn)輸及輔運(yùn)巷，其中23022輔運(yùn)巷保留下為后續(xù)2304工作面生產(chǎn)服務(wù)，具體采面位置關(guān)系見圖1所示。

1.2巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)

23022設(shè)計(jì)斷面為矩形，寬、高分別為5.6m、3.9m，沿頂板掘進(jìn)，采用高強(qiáng)錨桿+金屬網(wǎng)+鋼筋托梁方式支護(hù)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。錨桿型號(hào)為MSGLW-500/22/2400（22mm×2400mm），頂板5根、巷幫各4根，間排距分別為1m×1m、0.8m×1m;錨索型號(hào)為SKP22×1/1720×6300（φ22mm×6300mm），頂板每排3根、巷幫每排2根，間排距均為1.5m×1.5m，錨索均布置在兩錨桿間。

1.3巷道支護(hù)存在問題分析

23022巷采用的聯(lián)合支護(hù)方式支護(hù)強(qiáng)度高，在巷道掘進(jìn)以及2302采面回采過程中雖然受到礦壓影響，巷道圍巖變形量仍可滿足巷道使用需要。在2302采面回采時(shí)在采動(dòng)壓力作用下23022巷出現(xiàn)一定程度頂板下沉、底鼓以及巷幫收斂問題，為了確保巷道正常使用在2304采面回采前需要對(duì)23022巷進(jìn)行必要的拉底、擴(kuò)幫工作。由于23022巷采用的錨網(wǎng)索無法與巷道圍巖耦合變形，部分錨桿、錨索在絲部、距離托盤1.5m附近出現(xiàn)破斷，給巷道安全使用帶來一定影響。

同時(shí)23022巷原支護(hù)設(shè)計(jì)的頂板、巷幫錨索數(shù)量較多，會(huì)在一定程度上制約巷道掘進(jìn)效率。因此，需要根據(jù)23022巷實(shí)際地質(zhì)條件、采動(dòng)動(dòng)壓影響顯著特點(diǎn)，采用一種更為經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)于更強(qiáng)的圍巖控制方式，確保巷道使用安全。為此，文中提出采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)對(duì)23022留巷巷道圍巖進(jìn)行控制。

2耦合讓均壓支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1錨桿、錨索長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

錨桿、錨索長(zhǎng)度確定多通過數(shù)值模擬、工程類比以及理論計(jì)算法確定，該礦多年來開采的3號(hào)煤層均采用2.4m錨桿、頂板錨索6.3m、巷幫錨索4.3m。在正?；夭刹擅鎯?nèi)錨桿、錨索長(zhǎng)度可滿足使用需要，但當(dāng)巷道受到采用多次影響時(shí)巷道圍巖變形量較大，依據(jù)巷道圍巖破碎圈理論并結(jié)合巷道斷面規(guī)格，決定將巷道錨桿長(zhǎng)度由2.4m增加至2.8m，錨索參數(shù)保持不變。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布置情況，再?zèng)Q定是否對(duì)錨桿、錨索規(guī)格參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.2錨桿、錨索預(yù)應(yīng)力

合理的預(yù)應(yīng)力可顯著控制巷道圍巖早期變形。預(yù)應(yīng)力過小會(huì)使得巷道圍巖早期變形量過大、圍巖松動(dòng)破碎圈范圍增加;預(yù)應(yīng)力過大則會(huì)增加錨桿、錨索安裝耗時(shí)，不利于提升巷道掘進(jìn)效率。采用數(shù)值模擬得到20kN、40kN不同預(yù)應(yīng)力下巷道頂板離層情況見圖2～3所示。

從圖2～3中看出，當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力大于40kN時(shí)即可滿足巷道圍巖控制需要。根據(jù)礦井錨桿、錨索安裝經(jīng)驗(yàn)，最終確定錨桿預(yù)應(yīng)力為40kN、頂板錨索及巷幫錨索預(yù)應(yīng)力分別為120kN、80kN。

2.3錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)

根據(jù)礦井以往支護(hù)設(shè)計(jì)并采用工程類比法最終確定23022巷支護(hù)參數(shù)為：

2.3.1錨桿參數(shù)

23022巷頂板、巷幫采用φ22mm×2800mm讓壓錨桿，桿體材質(zhì)為高強(qiáng)螺紋鋼（Q500），錨桿安裝時(shí)施加預(yù)應(yīng)力40kN以上，扭矩在260N·m。頂板錨桿間排距為1000mm×1000mm，配合型號(hào)15-17TB讓壓管，最大讓壓距離為35mm;巷幫錨桿間排距為1100mm×1000mm，配合12-15TB讓壓管，最大讓壓距離35mm。

錨桿配合使用球形托盤，規(guī)格為：150mm×150mm×10mm。頂板錨桿配合寬275mm、長(zhǎng)5300mm的六孔W鋼帶支護(hù);巷幫錨桿安裝時(shí)配合采用寬275mm、長(zhǎng)1500mm的兩孔W鋼帶。

2.3.2錨索參數(shù)

頂板采用φ21.8mm×6300mm耦合讓壓錨索，安裝預(yù)應(yīng)力為120kN，配合采用26-30TB讓壓管，最大讓壓距離達(dá)到50mm，間排距為1500mm×1000mm，每排布置3根;巷幫采用φ18.9mm×6300mm耦合讓壓錨索，安裝預(yù)應(yīng)力為100kN，配合采用21-25TB讓壓管，在煤柱幫布置耦合讓壓錨索，間排距為1200mm×1000mm，每排2根。

耦合讓壓錨索支護(hù)配合采用的球形托盤，規(guī)格為：300mm×300mm×14mm。

2.4耦合讓均壓支護(hù)方案

為了緩解礦井采掘接替緊張局面，考慮到23022巷在掘進(jìn)期間變形量較小，圍巖變形主要發(fā)生在2302、2304采面回采期間，為此將巷道支護(hù)方案具體細(xì)分為23022巷掘進(jìn)期間以及2302采面回采后、2304采面回采前加固兩個(gè)部分。具體23022巷掘進(jìn)期間巷道支護(hù)方案見圖4所示。

在2302采面回采后、2304采面回采前在巷道頂板布置錨索對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，補(bǔ)打錨索后巷道頂板每排3個(gè)錨索，間排距為3000mm×1000mm;煤柱側(cè)每排布置2根耦合讓壓錨索。具體巷道加固后的支護(hù)方案見圖5所示。

3巷道支護(hù)效果分析

采用耦合讓壓錨桿、錨索后在23022巷端頭位置每隔50m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)支護(hù)后巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體3號(hào)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖6。

從圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，巷道支護(hù)后圍巖變形量呈先增加后趨于穩(wěn)定趨勢(shì)，在支護(hù)完成16d左右時(shí)巷道圍巖基本趨于穩(wěn)定，其中頂板變形量最大57mm、巷幫收斂量最大39mm。

在2302采面回采完30d后，對(duì)23022巷圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)巷道頂?shù)装遄冃瘟吭?.4～0.6m、巷幫變形量0.3～0.5m，變形后的巷道斷面可滿足后續(xù)2304采面回采需要。具體在2304采面回采前23022巷圍巖現(xiàn)場(chǎng)變形情況見圖7所示。

4總結(jié)

針對(duì)礦井23022巷在2302采面采動(dòng)動(dòng)壓影響下圍巖變形量較大、后續(xù)修整工作量大問題，通過采用讓壓錨桿、錨索有效控制巷道圍巖變形，為后續(xù)2304采面回采創(chuàng)造良好條件。

針對(duì)23022巷圍巖受力特點(diǎn)（兩次動(dòng)壓影響，即2302、2304采面采動(dòng)壓力雙重影響），將巷道支護(hù)方案細(xì)分為巷道掘進(jìn)后以及2302采面回采后、2304采面回采前補(bǔ)強(qiáng)加固兩個(gè)部分，采用的支護(hù)方案不僅可減少巷道掘進(jìn)時(shí)圍巖支護(hù)耗時(shí)而且可確保23022巷后續(xù)使用安全。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，23022巷圍巖變形量整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道頂?shù)装?、巷幫最大變形量分別為0.8m、0.5m，圍巖變形不會(huì)給后續(xù)2304采面回采帶來不利影響。在23022巷采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)后，為2304采面高效生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。

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