大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護(hù)技術(shù)

摘 要：，全面進(jìn)行理論分析和模擬，研究了大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：大埋深；厚煤層；孤島工作面；沿空掘巷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.116

1 研究課題必要性

梁寶寺煤礦為避免地表下沉對(duì)建筑物等的破壞，采用條帶開(kāi)采方法。在村莊搬遷完畢以后，剩余的工作面均為孤島工作面。所以研究孤島工作面巷道的支護(hù)問(wèn)題對(duì)梁寶寺煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益尤為重要。大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護(hù)技術(shù)是亟需進(jìn)行攻關(guān)研究的重大技術(shù)課題。

2 研究?jī)?nèi)容

地質(zhì)條件分析；覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及支承壓力分布變化規(guī)律資料分析；淺部沿空掘巷案例分析；構(gòu)建梁寶寺礦采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，對(duì)采場(chǎng)支承壓力分布特征進(jìn)行理論分析；采場(chǎng)支承壓力分布特征的數(shù)值分析；采場(chǎng)支承壓力分布特征監(jiān)測(cè)；確定合理的區(qū)段煤柱尺寸；確定合理的巷道支護(hù)形式；計(jì)算正確的巷道支護(hù)參數(shù)；對(duì)巷道圍巖（動(dòng)態(tài)）變形及支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 研究基礎(chǔ)

3.1 地應(yīng)力測(cè)試

2013年，梁寶寺煤礦以地應(yīng)力場(chǎng)原位測(cè)量和地應(yīng)力分布規(guī)律研究為主要內(nèi)容，結(jié)合煤礦安全開(kāi)拓和安全生產(chǎn)的實(shí)際要求，利用深部巖土力學(xué)與地應(yīng)力場(chǎng)“點(diǎn)—面”結(jié)合的分析測(cè)試方法，進(jìn)行梁寶寺煤礦一號(hào)井地應(yīng)力原位測(cè)量及地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律的研究，為該礦巷道合理布置、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)、防沖防爆工程措施的制定等提供基礎(chǔ)研究資料。主要結(jié)論如下：

（1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查和資料分析，在對(duì)全國(guó)及山東省區(qū)域構(gòu)造演化規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了梁寶寺煤礦區(qū)域構(gòu)造體系的四階段演化規(guī)律和三種典型構(gòu)造形式，確定了區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向?yàn)槟蠔|向；

（2）根據(jù)構(gòu)造體系分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際，確定了六個(gè)典型點(diǎn)，利用應(yīng)力解除法進(jìn)行了地應(yīng)力原位測(cè)量，得出了典型點(diǎn)地應(yīng)力大小和方向，地應(yīng)力方向平均SE160°，與區(qū)域構(gòu)造體系分析結(jié)果吻合；

（3）得出了梁寶寺煤礦地應(yīng)力分布的主要規(guī)律：梁寶寺礦區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)方向?yàn)镾E160°；地應(yīng)力（最大主應(yīng)力）為近水平方向，與水平面的夾角3°～9°，該區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)以水平應(yīng)力為主；地應(yīng)力大小為18.8MPa～25.836MPa，平均值為21.907MPa，約為自重應(yīng)力的1.093倍；-700m水平垂直應(yīng)力平均為19MPa，-800m水平為22.2MPa，初步確定梁寶寺礦應(yīng)力梯度為3.2MPa/100m；

（4）根據(jù)巷道布置方向與地應(yīng)力場(chǎng)方向之間的關(guān)系，得出梁寶寺礦地應(yīng)力分布對(duì)巷道穩(wěn)定影響的三個(gè)分區(qū)：地應(yīng)力影響輕微區(qū)、地應(yīng)力影響較嚴(yán)重區(qū)和地應(yīng)力影響嚴(yán)重區(qū)。

3.2 研究方法

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的前提下，必須在建立工作面沿空掘巷結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，選擇合理的支護(hù)形式，計(jì)算正確的支護(hù)參數(shù)。本項(xiàng)目采用理論分析、工程類比、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬計(jì)算研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（實(shí)測(cè)）研究等綜合研究方法：

采用實(shí)用礦山壓力理論體系研究巷道失穩(wěn)機(jī)理與破壞類型；應(yīng)用巖石破壞過(guò)程分析軟件計(jì)算圍巖應(yīng)力場(chǎng)與煤層應(yīng)力分布規(guī)律；采用理論與現(xiàn)場(chǎng)研究相結(jié)合的方法，研究巷道支護(hù)技術(shù)；采用實(shí)驗(yàn)室研究方法研究沿空掘巷、聯(lián)合布置的最佳方案；采取監(jiān)測(cè)-補(bǔ)強(qiáng)-監(jiān)測(cè)的技術(shù)途徑，實(shí)現(xiàn)巷道的安全；根據(jù)具體煤層圍巖特點(diǎn)，采取集成方法，完善現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)與控制。

4 深部非對(duì)稱孤島工作面巷道支護(hù)技術(shù)

（1）通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了3206工作面超前支承壓力影響范圍為95m，峰值位置為22m。工作面?zhèn)认蛑С袎毫υ?m以內(nèi)是隨著深度是增加的，但是受工作面超前支承壓力影響并不能明顯表現(xiàn)出自己的規(guī)律。通過(guò)數(shù)據(jù)分析說(shuō)明3m處煤體出現(xiàn)了完全破壞，工作面?zhèn)认蛎罕谄茐姆秶幱?～6m之間。通過(guò)“十字布樁”觀測(cè)，順槽頂板下沉量和兩幫移近量的變形量和變形率隨著采空側(cè)壓的增大而逐漸增大，空間上的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)造成了軌道順槽和皮帶順槽變形的不對(duì)稱。通過(guò)對(duì)目測(cè)數(shù)據(jù)的分析可知，受采空側(cè)壓影響，工作面采空后部順槽出現(xiàn)了不對(duì)稱的變形破壞，隨著采空側(cè)壓的增大，工作面采空后部的變形破壞越來(lái)越嚴(yán)重。

（2）針對(duì)3206工作面孤島非對(duì)稱的特點(diǎn)，采用“頂幫連體支護(hù)”的新支護(hù)技術(shù)，工作面順槽兩幫采用不同錨索支護(hù)方式，一幫采用30°錨索來(lái)增大煤幫支護(hù)面積；采空區(qū)一幫采用45°來(lái)加強(qiáng)頂板拉力。

5 主要措施

（1）錨桿布置方式：頂部?jī)蓚?cè)錨桿與水平成75°角，頂部其他錨桿與巷道頂板垂直。各順槽各幫肩窩錨桿與水平方向成15°仰角布置，底角錨桿需與水平方向成15°俯角布置。各順槽各幫其它錨桿水平布置。

（2）錨索布置方式：錨索設(shè)計(jì)在兩排鋼帶的空隙中，即兩排錨索的間距為850mm；每個(gè)幫一根，頂板三根。頂板三根錨索與頂板垂直，其中一根在巷道中部，另外兩根在兩側(cè)對(duì)稱布置。各順槽各幫在中部布置一根錨索；臨近工作面?zhèn)扰c水平成45°角，仰打入頂板，遠(yuǎn)離工作面?zhèn)扰c水平成30°角，仰打入頂板。錨索均在兩派錨桿的間隙布置。

（3）在工作面見(jiàn)方位置（距巷道口900至1100米）應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)段為在錨桿與錨桿錨之間加裝16t讓壓管，錨桿間排距更改為0.7×0.8m，錨索間排距為1.1×0.8m。對(duì)見(jiàn)方位置煤柱側(cè)及頂板噴漿，噴漿拖后迎頭100m內(nèi)，強(qiáng)度為C20，厚度為100mm。噴厚均勻，蓋網(wǎng)嚴(yán)密，無(wú)露筋現(xiàn)象。噴漿后噴體灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28天，7天內(nèi)每班灑水1次，7天以后每天灑水1次。

（4）遇大斷層或頂板破碎段，應(yīng)采用加強(qiáng)支護(hù)，采取U型鋼架棚支護(hù)方式，頂板架11塊枕木，間距500mm；兩幫各架3塊枕木，間距700mm，與頂?shù)装彘g距200mm，棚間距1200mm。枕木尺寸22×16×250cm，u型鋼弧段半徑208cm，搭接范圍40～50cm，圓弧段兩段搭接，每段長(zhǎng)3.83米；幫部采用一根支護(hù)，長(zhǎng)2.3米；選用U型鋼尺寸底寬×側(cè)高×壁厚300×100×20。

（5）兩端頭處采用單體支柱架棚支護(hù)，采用四排支柱，與兩幫間距500mm，架棚間距1200mm，超前段支護(hù)長(zhǎng)度200m。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)梁寶寺煤礦地質(zhì)生產(chǎn)條件，全面進(jìn)行理論分析和模擬，研究實(shí)施了大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：劉巖（1989-），男，山東濟(jì)寧人，主要從事：專業(yè)技術(shù)工作。