深井回采巷道頂板離層與支護(hù)技術(shù)研究

摘要：文章結(jié)合錢家營煤礦采區(qū)內(nèi)深井回采巷道實際情況展開分析，對頂板離層的基本概念以及頂板離層臨界值的確定方法進(jìn)行了分析，最后根據(jù)頂板離層的條件研究了該深井回采巷道在掘進(jìn)期間以及回采期間的支護(hù)技術(shù)方案，希望能夠確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與可靠。

關(guān)鍵詞：深井回采巷道；頂板離層；支護(hù)技術(shù)；臨界值；煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD327 文章編號：1009-2374（2015）16-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.079

我國作為煤炭資源生產(chǎn)、開發(fā)的大國，已探明煤礦資源的淺部開采進(jìn)入收尾階段，后期勢必會展開對煤礦儲區(qū)的深部開采作業(yè)。近年來，礦井工作面的開采深度已有非常顯著的提升趨勢。在煤礦開采作業(yè)向著深部化方向發(fā)展的背景之下，如何最大限度地確保深部礦井開采作業(yè)的安全性與可靠性，這一問題備受各方人員的重視與關(guān)注。本文嘗試在深井回采巷道的基本條件下，給出頂板離層的基本概念以及頂板離層臨界值的確定方法，研究工作面的支護(hù)技術(shù)方案及其實施，值得各方關(guān)注與重視。

1 工程概況

錢家營煤礦自1988年建設(shè)完成投入使用以來，一直是開灤礦業(yè)集團(tuán)的主要煤礦項目。當(dāng)前技術(shù)條件支持下，本煤礦年產(chǎn)量可達(dá)500萬噸以上。在本礦區(qū)內(nèi)，2021E回采工作面位于二水平十采區(qū)12-1煤層。現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)顯示：本礦區(qū)地面標(biāo)高在+7～+26m范圍內(nèi)，十采區(qū)井下標(biāo)高在-600.0～-850.0m范圍內(nèi)。工作面走向整體長度為732.3m，傾斜長度為189.8m，分布煤層厚度在1.4～4.0m范圍內(nèi)，現(xiàn)場測量本煤層傾斜角角度為6°左右。

工作面同煤層傾斜上方1327東已采畢，傾斜下方暫未設(shè)計工程，西部依次為2021東和1327西運煤邊眼。工作面回采初期受地質(zhì)構(gòu)造和頂板壓力影響，造成煤巖層穩(wěn)定性較差，易冒頂和劈幫。工作面掘進(jìn)時共揭露斷層33條，落差0.3～3.5m。其中對工作面回采有影響的斷層18條，落差0.3～2.3m，其余斷層均位于工作面之外，對工作面回采無影響。

2 頂板離層臨界值分析

何謂頂板離層？簡單來說，頂板離層是指：對于巷道頂板巖層而言，其中任意一點與該點上方一定深度內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)中某點所產(chǎn)生的相對位移量。頂板離層作為圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的表現(xiàn)之一，其也反映了工作面巷道斷面、錨桿參數(shù)、圍巖結(jié)構(gòu)、以及地應(yīng)力水平對回采巷道的影響情況。而與之相對應(yīng)的頂板離層臨界值則是指：對于錨固巷道而言，在頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)的條件下，巖層結(jié)構(gòu)離層、松動擴(kuò)容所對應(yīng)的位移極限值。可以說，頂板離層臨界值反映了底板自穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)的趨勢，在支護(hù)技術(shù)方案的設(shè)計、實施上有著非常關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用。

對于一個完整的深井回采巷道而言，自巷道開始掘進(jìn)～報廢，這一過程當(dāng)中需要經(jīng)過巷道掘進(jìn)、無采掘影響、以及采動影響等多個階段。在這一過程當(dāng)中，回采巷道所對應(yīng)的頂板離層量可以按照如下方式進(jìn)行計算：

頂板離層量=巷道掘進(jìn)所誘發(fā)的附加變形量+巷道掘進(jìn)影響下原巖應(yīng)力（側(cè)向固定支承壓力）作用下的平均變形速度·巷道掘進(jìn)影響下原巖應(yīng)力（側(cè)向固定支承壓力）作用下的平均變形時間+回采工作面移動支承壓力影響下的變形量。

根據(jù)這一計算標(biāo)準(zhǔn)，在本案例中，計算得到的深井回采巷道掘進(jìn)期間頂板離層臨界標(biāo)準(zhǔn)值為100.0mm，工作面巷道兩幫移近速度極限取值為100.0mm/d。同時在受到老頂初次來壓因素的影響下，頂板有劇烈活動的趨勢，所對應(yīng)的頂板離層臨界標(biāo)準(zhǔn)值僅為120.0mm。

3 支護(hù)技術(shù)分析

相對于工程實踐中比較常見的淺部巷道而言，深井回采巷道的主要特點有以下三個方面：第一，深井回采巷道埋藏較深，地應(yīng)力水平較高；第二，深井回采巷道支護(hù)載荷不屬于恒定值，巷道支架所提供的支護(hù)強度時常無法滿足原巖應(yīng)力的基本要求；第三，深井回采巷道允許變形量大，支護(hù)投入小，軟巖巷道圍巖近移量可以達(dá)到百毫米單位以上，支護(hù)方案的實踐往往同時伴隨對圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞。因此，在回采巷道開挖掘進(jìn)后，受到工作面采動壓力的影響，必須根據(jù)巷道自身的地質(zhì)條件，合理預(yù)測圍巖結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，選擇最為科學(xué)的巷道支護(hù)形式。根據(jù)本工程案例中的實際情況，在不同施工階段中的支護(hù)方案可以總結(jié)為如下兩個方面：

3.1 深井回采巷道掘進(jìn)期間支護(hù)技術(shù)

對于本案例中的深井回采巷道而言，在掘進(jìn)期間頂板離層臨界標(biāo)準(zhǔn)值為100.0mm，巷道采取臨時支護(hù)與永久支護(hù)結(jié)合的綜合支護(hù)方案。其中，在臨時支護(hù)技術(shù)方面，掘進(jìn)后進(jìn)入迎頭并及時將前探梁竄入迎頭空頂以下，上方越過接頂以及上棚梁，達(dá)到臨時支護(hù)的效果。支護(hù)過程中，控頂距按照0.6m標(biāo)準(zhǔn)控制，前探梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為22.0kg/m軌道，單梁長度為4.0m，共設(shè)置2根。而在永久支護(hù)技術(shù)方案，對于頂板完整的區(qū)域，采取錨桿+錨網(wǎng)+錨索+鋼帶的聯(lián)合支護(hù)方案，錨桿選擇金屬等強錨桿，截面尺寸為20.0mm，布置間距為800.0*800.0mm，錨網(wǎng)為技術(shù)網(wǎng)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為100.0*100.0mm，鋼帶為W型鋼帶，長度為4400.0mm，錨索為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，且具有強度高區(qū)、松弛性低的特點，錨固長度按照1600.0mm標(biāo)準(zhǔn)控制。同時，對于頂板不完整，例如出現(xiàn)破碎的區(qū)域，采用架棚支護(hù)方案，架棚型式為U字型鋼棚，背板為砼結(jié)構(gòu)，腰背為金屬網(wǎng)。

3.2 深井回采巷道回采期間支護(hù)技術(shù)

對于本案例中的深井回采巷道而言，在老頂初次來壓影響前，頂板離層臨界標(biāo)準(zhǔn)值為100.0mm。之后，受到工作面老頂初次來壓因素的影響，頂板后劇烈活動的趨勢，所對應(yīng)的頂板離層臨界標(biāo)準(zhǔn)值僅為120.0mm。因此從回采巷道安全回采的角度上來說，需要在老頂初次來壓前邊完成對巷道的超前支護(hù)，從而確保巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在超前支護(hù)中，根據(jù)具體情況的不同，可以對支護(hù)方案進(jìn)行靈活的選擇與調(diào)整。例如，在巷道側(cè)向壓力較大的情況下，可以分別在風(fēng)巷上幫以及機(jī)巷下幫部位選用原木作為棚木加以支護(hù)；若巷道超前支護(hù)過程中出現(xiàn)頂板壓力過大的問題，則可以在靠近工作面的區(qū)域內(nèi)，通過金屬鉸接梁下雙單體的方式做加強支護(hù)處理；若U型鋼架棚壓力過大，鋼架棚回收難度大，則超前支護(hù)時需要在鋼架棚擋間距離巷道底板3.0m左右位置掏肩窩，然后使用3/4原木作為棚梁，采用液壓單體支柱進(jìn)行支護(hù)。在超前支護(hù)過程中必須特別注意的一點是，在經(jīng)過超前支護(hù)處理后，支護(hù)高度需要嚴(yán)格控制在3.0m的合理范圍內(nèi)，若局部巷道出現(xiàn)超高的問題，則需要及時使用硬木料打木垛并做接頂處理。

4 結(jié)語

在本文對深井回采巷道頂板離層與支護(hù)技術(shù)的研究工作中，給出了計算頂板離層臨界值的方法，并對深部回采巷道在掘進(jìn)階段以及回采期間所適用的支護(hù)技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為大斷面以及組合支護(hù)技術(shù)對于深部回采巷道而言具有較好的適應(yīng)性和應(yīng)用價值。

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作者簡介：張樹良（1971-），男，河北豐潤人，開灤（集團(tuán)）煤業(yè)分公司安全管理部工程師，研究方向：煤礦開采、技術(shù)管理、安全管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint