相鄰工作面回采影響下巷道掘進(jìn)支護(hù)方案優(yōu)化

楊茂生

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 神農(nóng)煤業(yè)有限公司，山西 高平 048402)

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)神農(nóng)煤業(yè)有限公司位于山西省高平市神農(nóng)鎮(zhèn)嶺東村、陳區(qū)鎮(zhèn)土堤、藏造、西坡村等一帶，距高平市東北約17 km，開采15號(hào)煤層，全井田15號(hào)煤層共劃分為4個(gè)采區(qū)，分別為一采區(qū)、三采區(qū)、四采區(qū)、五采區(qū)。首采區(qū)為一采區(qū)，一采區(qū)可布置3個(gè)綜采工作面，現(xiàn)正在回采15101工作面，15102工作面兩巷正在掘進(jìn)中，兩工作面間的區(qū)段煤柱寬度為20 m，兩工作面位置關(guān)系如圖1所示。15號(hào)煤層傾角為3～10°，煤層厚度3.6～4.0 m，平均厚度3.79 m，無夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂板為灰質(zhì)泥巖、K2灰?guī)r；底板為泥巖或粉砂巖。

圖1 15101工作面與15102工作面的位置關(guān)系

15102運(yùn)輸巷為4.5 m×4.0 m的矩形斷面，原設(shè)計(jì)支護(hù)方案為錨網(wǎng)索支護(hù)，頂錨桿采用D20 mm×1 600 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距均為1 000 mm，巷道頂板每排布置5根錨桿，其中靠近巷道肩窩處錨桿以75°外扎角進(jìn)行安設(shè)，其余錨桿均垂直巷道表面；頂板錨索采用D17.8 mm×4 200 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索，垂直布置于巷道頂板的中央，排距為3 000 mm；兩幫采用D20 mm×1 600 mm的螺紋鋼錨桿，每幫每排布置4根，間排距為1 100 mm×1 000 mm，巷道支護(hù)示意如圖2所示。

受15101工作面回采動(dòng)壓影響，15102運(yùn)輸巷在掘進(jìn)過程中巷道局部出現(xiàn)鼓出、破碎的現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)下沉，部分巷段有垮落現(xiàn)象，圍巖變形嚴(yán)重，影響到了巷道的正常使用。

圖2 15102運(yùn)輸巷錨桿支護(hù)布置(mm)

2 巷道破壞現(xiàn)狀及特征

2.1 巷道破壞現(xiàn)狀

對(duì)15102運(yùn)輸巷圍巖的相關(guān)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，依據(jù)15102運(yùn)輸巷的圍巖特性和變形破壞現(xiàn)狀，將整條巷道劃分為三段：

1) 采動(dòng)影響前。此段開掘較早且離15101回采工作面較遠(yuǎn)，受掘進(jìn)和采動(dòng)影響不大，巷道變形不大，圍巖比較穩(wěn)定，在原支護(hù)條件下巷道圍巖基本穩(wěn)定。

2) 受采動(dòng)影響中。此段巷道位于15102運(yùn)輸巷中段，與15101回采工作面直線距離最短，掘進(jìn)迎頭受到劇烈的回采動(dòng)壓影響，屬于采掘交鋒段。周圍巖層存在一些松軟巖層的明顯特征，強(qiáng)度低比較破碎，孔隙比較多。這段巷道之前受到巷道采掘的影響以及鄰近工作面回采擾動(dòng)引起的礦壓影響，出現(xiàn)一些頂?shù)装迤扑椤⒐某龅痊F(xiàn)象，但是從整體來看巷道比較完整[1-3]。

3) 受采動(dòng)影響后。此段巷道屬于沿15101工作面采空區(qū)掘進(jìn)段，受動(dòng)壓影響后運(yùn)輸巷地質(zhì)條件較差，掘巷期間頂板穩(wěn)定性較差，這直接導(dǎo)致頂板不實(shí)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成了一定的威脅。

2.2 巷道變形破壞特征

15102運(yùn)輸巷出現(xiàn)了一些松軟巖層的特征，且比普通的松軟巖層巷道表現(xiàn)的情況更加復(fù)雜，展現(xiàn)的破壞特征也比較多。從巖性方面來講，巖體本身的強(qiáng)度比較低，從外在因素來講，該運(yùn)輸巷受到鄰近巷道施工、采動(dòng)影響，巷道的一些破壞特征和采動(dòng)引起的動(dòng)壓強(qiáng)度以及動(dòng)壓發(fā)生的時(shí)間長短有關(guān)系。

2.3 巷道圍巖破壞失穩(wěn)機(jī)理

15102運(yùn)輸巷受到鄰近15101工作面回采引起的動(dòng)壓影響，周圍巷幫原有的應(yīng)力平衡遭到破壞，恢復(fù)原有的應(yīng)力平衡很困難，破壞之后將產(chǎn)生大量的裂隙，原有的裂隙繼續(xù)發(fā)育，裂隙不斷變大，只要一直受到動(dòng)壓影響，這種裂隙擴(kuò)展就會(huì)一直存在，且不斷發(fā)育，而且隨著時(shí)間的推移，這種情況會(huì)越來越糟。

綜上所述，在回采動(dòng)壓影響下，巷道原有支護(hù)方式無法保證巷道圍巖的穩(wěn)定，必須對(duì)巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)[4-5]。

3 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)巷道實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)，具體方案為，在原有巷道支護(hù)參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，靠近15101工作面一側(cè)巷道頂板和幫部分別補(bǔ)打1根D17.8 mm×5 400 mm鋼絞線錨索，補(bǔ)打錨索排距為3 000 mm，頂錨索距離巷幫1 250 mm、幫錨索位于巷幫中心位置，具體如圖3所示。

4 圍巖控制效果分析

為考察巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后圍巖控制效果，在工作面前方120 m處建立巷道圍巖變形觀測(cè)站，對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：

1) 巷道頂?shù)装寮皟蓭偷淖冃瘟侩S與工作面距離的縮短而逐漸增加，當(dāng)掘進(jìn)迎頭與回采工作面相距40～50 m時(shí)，巷道圍巖出現(xiàn)快速變形，當(dāng)二者距離為零時(shí)達(dá)到最大值；

2) 頂板和底板是巷道變形的主要發(fā)生部位，其中底鼓變形量最大，占到了頂?shù)装蹇傋冃瘟康?9%；兩幫也發(fā)生了變形，但是變形量相對(duì)較小。

圖3 運(yùn)輸巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意(mm)

圖4 巷道圍巖變形曲線

5 結(jié) 語

15102工作面運(yùn)輸巷與15101工作面回采相向掘進(jìn)，在15101工作面動(dòng)壓影響下，原支護(hù)方案支護(hù)強(qiáng)度不夠，巷道頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，圍巖變形嚴(yán)重，通過對(duì)巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，其最大移近量控制在250 mm之內(nèi)，說明補(bǔ)強(qiáng)之后巷道內(nèi)的錨桿錨索起到了應(yīng)有的主動(dòng)支護(hù)作用，滿足了巷道使用要求。