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      近距離煤層采動影響下采區(qū)大巷圍巖控制技術(shù)研究

      2020-01-17 06:47:28毋肖飛
      煤礦現(xiàn)代化 2020年1期
      關(guān)鍵詞:大巷膠帶錨索

      毋肖飛

      (山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司,山西 晉城 048000)

      1 工程概況

      山西蘭花集團蘆河煤業(yè)井田范圍內(nèi)主要開采3#和15#煤層,3#煤層位于山西組下部,緩傾斜煤層,傾角小于8°,煤層較為松軟;煤層埋深大約在500m~600m范圍,厚度在5.12~7.20m范圍,平均5.85m,平均含有一層夾矸,煤層直接頂為泥巖,均厚2.4m,基本頂為中粒砂巖,均厚為5.3m,直接底為泥巖,均厚1.5m,基本底為砂質(zhì)泥巖,均厚8.3m,3#煤層膠帶大巷沿基本底砂質(zhì)泥巖層底板板掘進,與煤層間的間距平均為6m,巷道斷面形狀為直墻半圓拱形,尺寸為寬×高=5000mm×4100mm,巷道原有支護方案采用U36型鋼進行架棚支護,棚距700mm。

      3#煤層膠帶大巷在原有支護方案下,在上覆近距離煤層1301-1304回采工作面的采動影響下巷道出現(xiàn)圍巖變形量大等特征,1301-1304工作面與膠帶大巷間保護煤柱的寬度均為100m,現(xiàn)1301、1302工作面以回采完畢,根據(jù)1301、1302工作面采動影響下膠帶大巷圍巖變形特征的現(xiàn)場觀測,能夠?qū)⑾锏赖捻敯逯Ъ艹霈F(xiàn)破斷,兩幫支架向巷內(nèi)跪腿,底板底鼓嚴重,考慮到3#煤層膠帶大巷的用途及服務(wù)年限,急需采用有效的支護手段,有效控制巷道圍巖的變形。

      圖1 巷道原有支護斷面圖

      2 動壓巷道控制技術(shù)

      2.1 巷道穩(wěn)定性影響因素分析

      為保障3#煤層膠帶大巷圍巖的穩(wěn)定,現(xiàn)對回采動壓影響下,巷道圍巖變形量大的主要原因進行分析,主要原因如下:

      1)由于巷道沿著基本底砂質(zhì)泥巖掘進,砂質(zhì)泥巖較為松軟,且巷道頂?shù)装鍘r層均為泥巖,巖層內(nèi)節(jié)理裂隙較為發(fā)育,進而導致圍巖易發(fā)生變形;

      2)回采工作面的采動應(yīng)力影響,1301及1302工作面現(xiàn)已全部回采完畢,兩工作面的停采線與膠帶大巷的間距均為100m,在工作面回采完畢后,支承壓力通過保護煤柱向巷道方向傳遞,隨著保護煤柱的減小,受到的采動應(yīng)力影響會逐漸增大;

      3)巷道原有支護設(shè)計不合理,原有支護采用U型鋼棚,能夠在提供一定的支護阻力,并提供一定的讓壓空間,但該種支護僅為一種被動的支護方式,不能提高圍巖的自我承載能力,且該種支護方式在采動影響下會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞嚴重,進而致使巷道圍巖破壞嚴重。

      2.2 采場遠距離卸壓技術(shù)

      采場遠距離卸壓保護技術(shù)的主要技術(shù)原理如下:通過在工作面前方的煤層內(nèi)開掘一條卸壓巷道,從而有效的切斷工作面超前支撐壓力向膠帶大巷的傳遞,進而有效的減小膠帶大巷所受到的圍巖應(yīng)力大小[1-2],現(xiàn)以1304工作面為例,在工作面設(shè)計的停采線保護煤柱的內(nèi)部掘進卸壓巷道,從而有效的切斷超前支撐壓力對3#煤層膠帶大巷的影響。

      根據(jù)蘆河煤業(yè)的1304工作面的具體地質(zhì)條件,工作面面長為220m,根據(jù)超前支承壓力的分布范圍,采用掘進機掘進出180m左右的卸壓巷道,確定在工作面停采前前方20m的煤柱內(nèi),沿煤層頂板對掘出一條寬為20m,高為5.8m的卸壓巷道,具體卸壓巷的位置及各項參數(shù)如圖2所示,在進行卸壓的掘進作業(yè)時,為充分避開煤柱的支撐應(yīng)力,在超前工作面400m時開始掘進卸壓巷,在掘進作業(yè)時,采用兩臺鉆機對掘的方式,沿煤層頂板掘進,兩臺鉆機分別掘進90m,掘進作業(yè)沿寬度方向的間隔為800mm,共計進行7次的掘進作業(yè),進而形成20m寬度的卸壓巷道區(qū)域。

      圖2 采場遠距離卸壓巷道施工示意圖

      2.3 關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)

      在工作面停采線內(nèi)卸壓巷道掘進完成后,通過在膠帶順槽、軌道順槽及卸壓巷內(nèi)布置深孔爆破鉆孔,進行基本頂?shù)膹娭品彭斪鳂I(yè),減小工作面回采過程中基本頂來壓對3#煤層膠帶大巷的破壞,根據(jù)類似工程經(jīng)驗及相關(guān)研究[3-4],將深孔炮眼沿著上下兩層進行分布,將炮眼的終孔位置布置在基本頂中粒砂巖中,設(shè)置深孔炮眼水平間距為6m,上下分層的間距為2m,鉆孔孔徑為42mm,鉆孔的深度根據(jù)傾角的不同而不同,鉆孔深度在24m~26m設(shè)置炮孔的裝藥深度為14~16m,封孔長度為10m,具體深孔炮眼的布置形式如圖3所示。

      圖3 基本頂強制切頂炮眼布置示意圖

      3 巷道修復加固及效果

      3.1 巷道修復加固方案

      根據(jù)上述巷道圍巖變形特征的分析知,巷道頂板及兩幫變形較為嚴重,在1303、1304工作面的回采動壓影響下,巷道的變形將會更加嚴重,在充分考慮采用上述采場遠距離卸壓技術(shù)、關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)后,并結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索束及鉆孔卸壓技術(shù)的原理,對3#煤層膠帶大巷的修復方案進行具體設(shè)計,流程為巷道擴刷→架U型鋼棚→噴漿→淺孔注漿→打設(shè)幫頂長錨桿→進行底板錨注→進行幫頂深孔注漿→打設(shè)幫頂錨索。

      1)巷道擴刷、架設(shè)U型鋼棚、噴漿。對3#煤層膠帶大巷進行擴刷作業(yè),擴刷后的巷道寬度為5.7m,高度為4.6m,擴刷完成后再架設(shè)U型鋼棚,設(shè)置鋼棚間距為500mm,并在鋼棚之間增設(shè)6根拉桿,增加U型鋼棚間連接的整體性,對棚腿底板進行鋪料石穿鞋,料石的長×寬×厚=300mm×300mm×150mm;在U型鋼棚架設(shè)完畢后對巷道表面進行噴漿作業(yè),噴漿作業(yè)緊跟擴刷作業(yè)進行,擴刷作業(yè)與噴漿作業(yè)間距小于5m,設(shè)置噴漿層的厚度為 70~100m。

      2)淺部注漿作業(yè)。在進行3#煤層膠帶大巷的淺部注漿作業(yè)時,注漿材料使用425#普通硅酸鹽水泥,水灰比設(shè)置在0.85~1.0之間,進而有效對巷道松動圈范圍的破碎圍巖進行加固封堵,從而增強巖石自身的自穩(wěn)能力,淺部注漿作業(yè)在滯后擴刷迎頭4m的位置處開始施工,注漿作業(yè)時采用的注漿直徑為25mm,長度為1.2m的注漿花管,設(shè)置注漿壓力小于1MPa,巷道斷面內(nèi)設(shè)置7個淺部注漿孔,注漿孔的間排距為1800mm×1000mm,注漿作業(yè)時從巷道幫部開始注漿作業(yè),幫部注漿作業(yè)完成后再進行頂板注漿作業(yè),淺部充填注漿孔布置如圖4a)所示。

      4)高性能超強錨桿支護。在巷道淺部圍巖注漿作業(yè)完成后,采用Φ22mm×3000mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿對巷道頂板及兩幫進行支護作業(yè),間排距為700mm×1000mm,錨桿的錨固形式為端頭錨固,預(yù)緊力不小于80kN,錨固力不低于150kN,并在巷道表面加設(shè)鋼筋網(wǎng)進行聯(lián)合支護,具體參數(shù)如圖4b)所示。

      圖4 淺部注漿孔及高性能錨索布置形式

      5)底板鉆孔卸壓聯(lián)合控制。針對3#煤層底板底鼓量較大的情況,現(xiàn)采用鉆孔聯(lián)合支護的形式對底板進行加固,先對底板的浮矸進行清理,在底板噴射一層混凝土,隨后施工注漿鉆孔,進行淺孔注漿作業(yè),在注漿作業(yè)完成后施工卸壓鉆孔,再沿著卸壓鉆孔底部進行錨索孔的施工作業(yè),鉆孔直徑為32mm,深度在2.5m~4.5m的范圍內(nèi),隨后安裝直徑25mm的中空注漿錨索,長度為4500mm,通過注漿錨索向底板巖層內(nèi)注入美固364雙液化學漿,對底板圍巖裂隙進行充填,同時采用M型鋼帶及鋼筋網(wǎng)作為護表材料,將錨索連接成一個整體,具體底板支護方式如圖5a)所示。

      6)幫部深孔注漿及錨索加固。在淺部注漿作業(yè)完成后,通過直徑25mm的中空注漿錨索,頂板注漿錨索長度為6000mm,幫部注漿錨索長度為4300mm,注漿錨索的間排距為1800mm×1000mm,注漿錨索采用水泥藥卷進行封孔作業(yè),封孔長度為1600mm,設(shè)置注漿壓力為3MPa,注漿材料為水泥水玻璃雙液漿,通過在頂板及幫部布置7套中空注漿錨索對深部圍巖進行加固,并對關(guān)鍵部位加強支護,如圖5b所示。

      圖5 巷道底板鉆孔卸壓聯(lián)合支護及深部注漿錨索支護

      3.2 修復加固效果分析

      為驗證3#煤層膠帶大巷在采用采場遠距離卸壓技術(shù)+關(guān)鍵層鉆孔爆破卸壓技術(shù)的基礎(chǔ)上,巷道修復支護方案的效果,通過十字布點法對頂板高抽巷的表面位移進行持續(xù)觀測,在不同的斷面處布置3個測點,持續(xù)觀測120天,根據(jù)礦壓觀測數(shù)據(jù)能夠得巷道表面位移的曲線圖,如圖6所示。

      圖6 巷道圍巖變形曲線圖

      根據(jù)巷道表面位移的監(jiān)測結(jié)果顯示,膠帶大巷在上述動壓巷道控制技術(shù)及巷道修復方案后,三個測站得到的圍巖變形量基本保持同樣的趨勢,在0~90天內(nèi)巷道圍巖變形量在持續(xù)增大,頂?shù)装宓淖畲笞冃嗡俾蕿?1.71mm/d,兩幫變形最大變形速率為5.83mm/d;在90~120天的時間內(nèi)巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤颈3址€(wěn)定,這即表明巷道圍巖已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài),巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?49mm,兩幫最大移近量為130mm,其中底鼓量為頂?shù)装逡平看蟮闹饕?,需進一步加強對底鼓的治理,基于上述分析可知巷道圍巖變形量在采用上述控制技術(shù)后得到了有效控制。

      4 結(jié)論

      通過分析3#煤層膠帶大巷在現(xiàn)有支護下存在的問題,并結(jié)合采場遠距離卸壓技術(shù)及關(guān)鍵層鉆孔卸壓技術(shù)的原理,對膠帶大巷的卸壓控制技術(shù)進行具體設(shè)計,并結(jié)合動壓巷道控制技術(shù)原理對巷道的修復方案進行設(shè)計;根據(jù)礦壓監(jiān)測結(jié)果顯示,在巷道采用動壓巷道控制技術(shù)和修復方案后,頂?shù)装宓淖畲笠平繛?49mm,兩幫最大移近量為130mm,解決了巷道圍巖變形量大的問題,保證了巷道圍巖的穩(wěn)定。

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