半“孤島”工作面回采巷道礦壓治理技術(shù)應(yīng)用
——以丁集煤礦為例

王恩澤

(淮滬煤電有限公司丁集煤礦; 安徽 淮南 232142)

丁集煤礦是隸屬于淮河能源控股集團(tuán)煤業(yè)分公司的大型煤礦，礦井生產(chǎn)能力600萬噸/年，礦井采取立井、集中大巷、分層大巷、分區(qū)通風(fēng)和會(huì)和出煤的開采方法。礦井劃分為兩個(gè)水平，第一水平標(biāo)高為-826 m，為生產(chǎn)水平，二水平暫未開拓。1232(1)工作面位于西一11-2采區(qū)，南鄰1242(1)工作面(已收作)，北鄰F84逆斷層(H=45m)，距離軌順最近水平距離僅30 m。受到采區(qū)布局影響，工作面形成半“孤島”效應(yīng)，軌順受到F84等多條斷層構(gòu)造應(yīng)力疊加，同時(shí)高抽巷下向鉆孔水的影響，巷道圍巖被擾動(dòng)軟化。多因素作用下，大大弱化了圍巖強(qiáng)度，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的底板鼓起、頂板下沉、兩幫位移的特征，造成維護(hù)難度大，嚴(yán)重制約了工作面的安全高效回采。本次研究以1232(1)工作面軌順為工程背景，總結(jié)出礦壓治理技術(shù)并實(shí)踐應(yīng)用。

1 1232(1)工作面頂板巖性分析

1232(1)軌順采取錨梁網(wǎng)索支護(hù)，局部地點(diǎn)在錨梁網(wǎng)索支護(hù)下架平頂棚增強(qiáng)支護(hù)。巷道凈斷面：凈寬×凈高=5.5 m×3.4 m，凈斷面：18.7m2；受地質(zhì)壓迫變形影響，在滿足巷道內(nèi)局部通風(fēng)量及風(fēng)速要求的前提下，采煤斷面設(shè)計(jì)為：凈寬×凈高=3.8 m×2.8 m，凈斷面：10.64m2。1232(1)工作面回采的西11-2采區(qū)煤厚0.3～5.7 m，平均2.7 m，煤層平均傾角10°，賦存穩(wěn)定。煤層頂、底板巖性基本為泥巖，如表1所示。

表1 1232(1)工作面頂?shù)装鍘r性特征表

2 礦壓治理技術(shù)路線及方案

1232(1)工作面在回采前軌順受地壓影響，圍巖變形嚴(yán)重，投入了大量人員進(jìn)行巷修作業(yè)，對礦井正常生產(chǎn)造成了影響。在此背景下，為減少人員的投入，最大優(yōu)化人力資源，提出了如下治理方案，技術(shù)路線如圖1所示。第一時(shí)間形成軌順無極繩打運(yùn)系統(tǒng)，保證了材料支護(hù)的正常供應(yīng)以及材料的回收。軌順原出貨系統(tǒng)從切眼向外分別為一部刮板機(jī)和兩部皮帶機(jī)，為了保證回采期間巷道動(dòng)壓影響區(qū)域內(nèi)的斷面治理，提出在刮板機(jī)與皮帶機(jī)之間另行安裝一部刮板機(jī)。原刮板機(jī)長度為60 m，新安裝一部刮板機(jī)80 m，確保在切眼向外140 m范圍內(nèi)使用刮板機(jī)出貨，有利于單體挑棚支護(hù)排數(shù)的增加以及挖掘機(jī)臥底的效率，起到增強(qiáng)巷道頂板支護(hù)強(qiáng)度和保證斷面的目的。大力推進(jìn)機(jī)械化臥底作業(yè)，在兩部刮板機(jī)范圍分別安設(shè)一部挖掘機(jī)進(jìn)行臥底，人工緊跟挖掘機(jī)后方進(jìn)行幫部支護(hù)，提高了臥底的效率，減少了人員的投入。對不同區(qū)域?qū)嵭胁顒e補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案。對于受斷層影響區(qū)域采取提前注化學(xué)材料進(jìn)行頂幫加固，對動(dòng)壓影響區(qū)域，尤其是兩部刮板機(jī)區(qū)域，頂部支護(hù)采用至少三排鎖棚支護(hù)，棚梁下方支設(shè)單體，至少一梁四柱，形成主被動(dòng)支護(hù)形式相結(jié)合，幫部支護(hù)采用4.3 m錨索配合Ω鋼帶橫向支護(hù)，尤其加強(qiáng)對幫部底角的支護(hù)，以控制幫部的位移。

圖1 1232(1)工作面軌順礦壓治理技術(shù)路線圖

3 補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)

3.1 頂板補(bǔ)強(qiáng)加固方案

頂板支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)采用主動(dòng)與被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的方式，特別是動(dòng)壓影響區(qū)域，支護(hù)如圖2所示。沿走向布置三排8.3 m錨索配合4.5 m長11#礦用工字鋼鎖棚對頂板進(jìn)行支護(hù)，然后在工字鋼下方支設(shè)高密集單體。對于斷層影響及離層影響區(qū)域，在鎖棚支護(hù)的同時(shí)對頂板上方注化學(xué)材料，將頂板有效固結(jié)成一個(gè)整體，有利于錨索支護(hù)效果的充分發(fā)揮。在軌順采煤幫刷擴(kuò)作業(yè)時(shí)，對于刷擴(kuò)段進(jìn)行鎖棚配合單體進(jìn)行支護(hù)，鎖棚距離幫部不超過0.5m，緊跟刷擴(kuò)迎頭，增添巷道支護(hù)排數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。

圖2 頂板補(bǔ)強(qiáng)加固示意圖

3.2 巷幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

軌順主要用于通風(fēng)、行人，在工作面煤壁前方140 m范圍內(nèi)使用挖掘機(jī)臥底、刮板機(jī)出貨，必須確保巷道有足夠的寬度以保證正常施工。巷道采煤幫受采動(dòng)影響、非采煤幫受F84斷層影響，圍巖變形嚴(yán)重，集中體現(xiàn)在巷道肩窩與底角處，易造成幫部中下部形成臺(tái)階、底角支護(hù)失效，因而對幫部支護(hù)的重點(diǎn)在于肩窩和底角處，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)如圖3所示。幫部施工三排錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，采用φ22 mm×4300 mm錨索配合Ω鋼梁施工，第一排距離頂板不超過0.5 m，主要用于對于肩窩位移明顯處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)控制；第二排距離底板1.0～1.5 m，第三排距離底板不超過0.5 m，這兩排進(jìn)行常規(guī)施工，控制中下部及底角圍巖變形。采用Ω鋼梁替換普通W型鋼帶，相比較而言有著更強(qiáng)的抗壓和抗剪切力，進(jìn)一步強(qiáng)化了對幫部的支護(hù)強(qiáng)度。

圖3 幫部補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

3.3 補(bǔ)強(qiáng)加固效果檢驗(yàn)

通過對軌順補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)前后一天內(nèi)圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析如圖4所示。采用“十”字測點(diǎn)法對軌順進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測可以得出：在補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)前，巷道頂?shù)装寮皫筒课灰泼黠@，在煤壁向外60 m范圍內(nèi)變形量相對較大，頂板最大下沉量達(dá)到250 mm，底板鼓起達(dá)到500 mm；采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，在煤壁向前20 m范圍的圍巖變化相對較大，在20～70 m范圍內(nèi)，圍巖得到了有效的控制，每天底板鼓起量穩(wěn)定在100～200 mm，頂板下沉量基本控制在150 mm左右。在補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)前，非采煤幫側(cè)位移要遠(yuǎn)大于采煤幫側(cè)，在10 m范圍內(nèi)，受采動(dòng)影響，采煤幫側(cè)位移量變化相對較大；補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，煤壁向外30m范圍內(nèi)兩幫位移均得到有效控制，30 m范圍向外兩幫位移量基本分別控制在100 mm。

(a) 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)前

(b) 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后

4 結(jié)論

實(shí)現(xiàn)了1232(1)工作面8刀/天推進(jìn)度，安全采出煤炭60萬噸，每次退尺支護(hù)費(fèi)用降至2 000元，累計(jì)節(jié)約材料費(fèi)336萬元，實(shí)現(xiàn)了安全高效開采，并研究總結(jié)出了高地壓礦井礦壓治理新技術(shù)，該技術(shù)的成功應(yīng)用對類似條件下的巷道礦壓治理具有一定的參考價(jià)值。