官地礦28416工作面副巷錨桿支護效果與穩(wěn)定性分析

王勇志

(西山煤電建筑工程集團有限公司礦建一公司，山西 太原 030053)

官地礦28416工作面副巷錨桿支護效果與穩(wěn)定性分析

王勇志

(西山煤電建筑工程集團有限公司礦建一公司，山西 太原 030053)

官地礦28416工作面副巷掘進過程中遇到圍巖波動范圍大等問題使日常頂板管理困難，通過采用高預應(yīng)力錨桿錨索支護系統(tǒng)的巷道支護形式并分別對頂板位移頂板離層以及錨桿錨索受力進行日常監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，高預應(yīng)力錨桿錨索支護系統(tǒng)很好地控制了官地礦28416工作面副巷圍巖穩(wěn)定性，且解決了綜放托厚夾層厚頂煤全煤巷道支護技術(shù)難題，提高了巷道掘進速度，降低了巷道支護綜合成本。

錨桿支護；頂板監(jiān)測；穩(wěn)定性分析

引 言

在煤礦五大災(zāi)害事故中頂板事故的危害程度雖然遠比不上煤與瓦斯突出，但頂板事故發(fā)生的次數(shù)卻遠高于上述災(zāi)害事故[1]。因此，搞好掘進工作面頂板支護方案的選擇與穩(wěn)定性管理是巷道掘進工作的一項重要內(nèi)容。

官地礦井位于西山煤田前山區(qū)東南部，距離市區(qū)17.5 km。井田面積104.49 km2。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力330萬t，核定生產(chǎn)能力500萬t。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要是斷層和陷落柱，對礦井開采有很大影響。礦井采用垂直走向平峒石門開拓方式，主井筒為九院平峒，生產(chǎn)水平為1051水平。工作面采用長壁(條帶式)布置。上組、中組包括2號、3號、6號、7號煤層，下組包括8號和9號煤層，可采煤層累計厚度平均15.66 m，井田內(nèi)煤層比較穩(wěn)定。中四采28416工作面井下跨越中四、南四采區(qū)，工作面四周為未采區(qū)，上部為23416、23418、16407工作面采空區(qū)及23414工作面均未進行回采。瓦斯絕對涌出量0.8 m3/min，8#煤層為易自燃煤層。

基于官地礦中四采28416工作面副巷的初始設(shè)計，在井下進行了試驗。通過對28416副巷的支護設(shè)計并對其穩(wěn)定性進行監(jiān)測，主要是為今后厚煤層的開采解決兩方面的問題[2]：一是解決綜放托厚夾層厚頂煤全煤巷道支護技術(shù)難題；二是提高巷道掘進速度，降低巷道支護綜合成本，提高巷道成巷功效，為采煤工作面提供安全保障通道。

1 錨桿支護穩(wěn)定性的主要影響因素分析

在支護初始設(shè)計中主要分析了影響28416副巷穩(wěn)定性的3個主要因素，主要包括煤圍巖性質(zhì)的影響、工作面周圍采動對巷道穩(wěn)定性的影響及地應(yīng)力的影響[3]。

1.1 圍巖性質(zhì)的影響

8#煤層頂板10 m范圍內(nèi)圍巖主要由砂質(zhì)泥巖、粗砂巖和細砂巖組成，而且各種巖性的巖層分布不固定，巖層厚度不穩(wěn)定；且10 m范圍內(nèi)石灰?guī)r沒有出現(xiàn)，頂板巖層裂隙發(fā)育，局部地段出現(xiàn)非常明顯的破碎，并且離層部位較多；圍巖強度波動范圍大，有大量的弱面存在；同一鉆孔中圍巖的強度為31.60 MPa～94.27 MPa。波動范圍很大，巖層的完整性和均質(zhì)性差。

1.2 工作面周圍采動對巷道穩(wěn)定性的影響

試驗28416工作面井下跨越中四、南四采區(qū)，工作面四周為未采實體煤，未受周邊相關(guān)采掘影響。工作面上部為23416、23418、16407工作面采空區(qū)及23414工作面(未采)。3#與8#煤層間距約為58.49 m，6#與8#煤層間距約為23.269 m。可以看出，28416副巷目前并不受工作面采動的影響，巷道在掘進期間的穩(wěn)定性較好。

1.3 地應(yīng)力的影響

巷道的地應(yīng)力測試結(jié)果表明，原巖應(yīng)力值在10 MPa左右，介于低中等地應(yīng)力范疇的分界點處，而且最大水平主應(yīng)力與垂直主應(yīng)力相接近，也就是側(cè)壓系數(shù)接近于1，從地應(yīng)力值上來講，對巷道穩(wěn)定的影響比較小，并且，中四采區(qū)巷道布置并非最佳方式，地應(yīng)力方向?qū)ο锏婪€(wěn)定有一定影響，但由于之間夾角比較小，影響的程度很小。

2 錨桿支護狀況監(jiān)測與分析

目前，28416副巷掘進至1 120 m左右，掘進完畢。28416副巷480 m～510 m處頂板破碎，采用了架棚的支護方式。自820 m處改變成新設(shè)計的支護方式，頂板錨索呈“二一”布置，與初始設(shè)計不同的是右?guī)桶惭b一根錨索(設(shè)計中兩幫均無錨索)，排距為2 m。在試驗過程中對巷道圍巖可錨性以及錨桿(索)的施工質(zhì)量進行了日常的檢測，同時，對圍巖變形狀況及錨桿的受力狀況進行全方位監(jiān)測[4]。

2.1 巷道表面位移監(jiān)測

在28416副巷中設(shè)置了一個綜合測站來監(jiān)測掘進期間巷道的位移狀況和錨桿(受力)狀況以及頂板離層狀況，測站位于巷道標牌1 060 m左右，共設(shè)置2個測點監(jiān)測巷道位移，安裝了3個錨桿測力計和2個錨索測力計，同時，安裝一個頂板離層儀。圖1為2個測點的巷道表面位移監(jiān)測曲線。

通過對巷道表面位移的監(jiān)測可以看出：

1) 測點1處巷道頂板的最大下沉量為18 mm；巷道兩幫最大移近量為16 mm，其中，右?guī)臀灰屏繛?5 mm，巷道設(shè)計寬度為4.2 m，測點處巷道掘進寬度為4.69 m左右，巷道兩幫移近量占掘進巷道寬度的0.34%。

2) 測點2處巷道頂板的最大下沉量為24 mm；巷道兩幫最大移近量為6 mm，其中，右?guī)臀灰屏繛? mm，巷道設(shè)計寬度為4.2 m，測點處巷道掘進寬度為4.89 m左右，巷道兩幫移近量占掘進巷道寬度的0.49%。

通過巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果可以看出，28416副巷在掘進期間圍巖變形很小，巷道的變形主要集中于距工作面迎頭13 m范圍內(nèi)而后趨于穩(wěn)定，雖然

圖1 測站一巷道表面位移

在此段巷道的頂煤厚度在6 m左右，但是，由于頂板較為堅硬，并且采用高預應(yīng)力錨桿錨索支護技術(shù)，巷道的頂板幾乎無變形，頂板平整，巷道兩幫在掘進過程中的成形不好，并不是因為其后期變形所致。巷道掘進期間圍巖的礦壓監(jiān)測結(jié)果驗證了設(shè)計過程中所述的3條因素中工作面周圍無采動影響和地應(yīng)力偏低對巷道的穩(wěn)定性影響較小，非常有利于巷道的支護。

2.2 巷道頂板離層監(jiān)測

在測站處安設(shè)了一臺頂板離層儀，通過6 d的觀測數(shù)據(jù)可以看出，離層儀上淺部和深部的離層值均為零。說明巷道在掘進過程中并沒有出現(xiàn)離層，驗證了設(shè)計中提到的掘進期間巷道比較穩(wěn)定的預估。

2.3 巷道錨桿受力監(jiān)測

在測站處安設(shè)了4個測力計以監(jiān)測錨桿錨索的受力狀況，其中，包括2個錨桿測力計和2個錨索測力計。巷道掘進過程中錨桿(索)的受力監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 錨桿錨索受力監(jiān)測

通過錨桿受力變化曲線可以看出，在安裝的測站中錨桿最大的預緊力為125 kN，最小為35 kN，2根錨索的預緊力均為135 kN，錨桿的預緊力基本能達到設(shè)計要求，其中，錨桿的預緊力達到125 kN，預緊力過高，已經(jīng)接近了錨桿的屈服強度。隨著巷道的掘進，錨桿的受力變化幅度很小，其中，1號錨桿由35 kN增加至40 kN，2號錨桿由125 kN增加至140 kN，錨桿并沒有發(fā)生屈服。1號錨索由135 kN增加至147 kN，2號錨索由135 kN降至130 kN。錨桿的受力變化幅度小反映出巷道在掘進后圍巖的變形量小、壓力低，圍巖在掘進后很快處于了穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)論

通過巷道礦壓監(jiān)測結(jié)果可知，巷道圍巖在掘進期間的變形小，巷道兩幫最大移近量為16 mm，頂板下沉量最大為24 mm，并且，錨桿(索)在安裝后受力變化幅度很小，錨桿受力增長幅度僅為15 kN，而錨索增長增幅僅為12 kN，說明巷道在掘進后很

快就處于了穩(wěn)定狀態(tài)。目前，采用高預應(yīng)力錨桿、錨索支護系統(tǒng)很好地控制了巷道的穩(wěn)定性，解決了綜放托厚夾層厚頂煤全煤巷道支護技術(shù)難題并且提高了巷道掘進速度，降低了巷道支護綜合成本，為采煤工作面提供了安全保障通道。

[1] 竇林名.煤礦圍巖控制[M].北京：中國礦業(yè)大學出版社，2010.

[2] 王金華.綜放開采是解決厚煤層開采難題的有效途徑[J].煤炭科學技術(shù),2005(2):1-6.

[3] 陳立偉，唐征，田坤云.構(gòu)造應(yīng)力對煤層巷道圍巖穩(wěn)定性的影響研究[J].煤礦現(xiàn)代化,2007(1):38-39.

[4] 王猛，柏建彪，王襄禹，等.迎采動面沿空掘巷圍巖變形規(guī)律及控制技術(shù)[J].采礦與安全工程學報,2012，29(2):197-202.

The effect and stability analysis of bolt support in assistant tunnel of 28416 working face in Guandi coal mine

WANG Yongzhi

(Mine Construction Co., Ltd., Xishan Coal Electricity Construction Engineering Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030053, China)

In tunneling process of assistant tunnel in 28416 working face of Guandi mine, surrounding rock fluctuation makes the daily roof management difficult. The roadway supporting form of high prestressed bolt and cable supporting system is used for daily monitoring of roof displacement and roof separation and bolt and cable force. The monitoring results show that the high prestressed bolt and cable support system effectively controls the stability of wall in assistant tunnel of 28416 working face in Guandi coal mine and solves the technical problems of thick coal seam roadway with thick roof in fully mechanized top coal caving mining, improves the speed of roadway driving, reduces the comprehensive cost of roadway support.

bolt support; roof monitoring; stability analysis

2017-01-20

王勇志，男，1974年出生，2013年畢業(yè)于山西省煤炭職業(yè)中等專業(yè)學校，主要從事礦建方面工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.42

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1004-7050(2017)02-0126-03

煤礦工程