孤島工作面回采巷道采動影響控制技術(shù)應(yīng)用

楊大炳

（山西大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

長期以來，煤炭在我國能源方面的依賴遠(yuǎn)大于其他各類能源。有關(guān)資料表明，目前煤炭仍占據(jù)我國能源消費(fèi)的半壁江山[1-2]。隨著煤炭的需求量逐漸增大，由于工作面接替緊張以及礦井地質(zhì)條件等限制，出現(xiàn)了孤島工作面開采的問題。孤島工作面普遍存在應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜、礦壓顯現(xiàn)劇烈、巷道變形量大等現(xiàn)象，導(dǎo)致孤島工作面開采面臨著許多技術(shù)難題[3-4]。由于受復(fù)雜采動應(yīng)力影響，孤島工作面超前采動影響區(qū)域巷道斷面極易產(chǎn)生嚴(yán)重變形。研究表明，孤島工作面超前巷道變形量是掘進(jìn)時期的5～10 倍。超前范圍巷道的大變形現(xiàn)象妨礙了工作面端頭設(shè)備的移動，直接影響到工作面推進(jìn)速度[5-6]。

為解決孤島工作面回采巷道大變形問題，專家學(xué)者進(jìn)行了大量研究，林峰等[7]研究了孤島工作面采動應(yīng)力演化特征，提出了錨網(wǎng)索永久支護(hù)+頂幫錨桿加強(qiáng)支護(hù)+單體柱配合鋼梁臨時支護(hù)技術(shù)；鄧康宇等[8]分析了孤島工作面采動巷道大變形特征機(jī)理，優(yōu)化設(shè)計了單體柱+U型棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)；馮占文等[9]現(xiàn)場測試了孤島工作面采動來壓現(xiàn)象，提出了超前人工放頂技術(shù)用于緩解采動壓力。本文以煤峪口礦孤島工作面2605 巷為工程背景，提出適用于煤峪口礦的采動影響控制技術(shù)，為煤峪口礦以及其他類似礦井孤島工作面回采巷道支護(hù)技術(shù)提供借鑒。

1 工程概況

8605 工作面位于井田中部的S2 背斜的北西翼，延伸方向近NE向，開采14-2#煤層，為不穩(wěn)定煤層，煤層厚度在1.7～3.6 m 之間，平均為2.5 m，煤層中含有夾層，夾層平均厚度為0.8 m，煤層傾角1°～3°，為近水平煤層，無次級褶曲，工作面構(gòu)造屬I 類簡單型。工作面直接頂為灰色細(xì)粒砂巖與頁巖互層結(jié)構(gòu)，厚度在4.12～7.20 m 之間，平均5.22 m，巖性以石英為主，含植物化石；工作面基本頂為灰白色中、細(xì)粒砂巖互層結(jié)構(gòu)，厚度在5.20～7.46 m之間，平均6.69 m，巖性以石英為主，含碳質(zhì)、植物化石，有層理；基本頂上方為14#煤層采空區(qū)，14#煤層厚度1.86～2.95 m，與14-2#煤層層間距為12.9～17.8 m，平均15 m；直接底為灰黑色頁巖和中粒砂巖互層結(jié)構(gòu)，巖性以石英為主，含碳質(zhì)。

8605 工作面北部為8603 工作面（已回采），南部為8607 工作面（已回采），東部為406 盤區(qū)軌道、皮帶、回風(fēng)巷，西部為408 東部盤區(qū)巷，屬于孤島工作面。2605 巷為8605 工作面的運(yùn)輸和進(jìn)風(fēng)順槽，長度717 m，為機(jī)軌合一巷，與14-2#煤層406 盤區(qū)皮帶巷和軌道巷相通，掘進(jìn)斷面為矩形斷面，尺寸（寬×高）為4.5 m×3.0 m。

2 2605 巷采動控制技術(shù)

試驗巷道為孤島工作面回采巷道，巷道掘進(jìn)時期受工作面采動影響，圍巖較為破碎，在工作面回采期間，受重復(fù)采動影響極易產(chǎn)生大變形現(xiàn)象。為保證巷道在回采服務(wù)期內(nèi)，巷道不發(fā)生大的變形，斷面尺寸滿足服務(wù)要求，根據(jù)試驗巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件，2605 巷采動控制技術(shù)以主動控制為技術(shù)核心，充分發(fā)揮巷道圍巖的承載能力，促使支護(hù)和圍巖形成統(tǒng)一承載體，提高巷道抗變形能力。

2.1 錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)

錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)主要構(gòu)件包括錨桿、錨索、金屬網(wǎng)以及鋼帶，具體參數(shù)如圖1所示。

圖1 巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)

（1）錨桿采用規(guī)格為直徑20 mm、長度2.0 m的高強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿，頂錨桿間排距0.9 m×1.0 m，幫桿間排距1.0 m×1.0 m，每根錨桿配套蝶形托盤，蝶形托盤規(guī)格125 mm×125 mm×12 mm，同時配套1 支CK2340（外側(cè)）、1 支Z2360（內(nèi)側(cè)）樹脂錨固劑，預(yù)緊扭矩不低于300 N·m，主動錨桿支護(hù)可有效強(qiáng)化頂幫破碎圍巖，改善圍巖力學(xué)承載性能，促使支護(hù)結(jié)構(gòu)與巷道圍巖形成主動承載結(jié)構(gòu)。

（2）錨索采用規(guī)格為直徑21.6 mm、長度6.0 m的預(yù)應(yīng)力錨索，頂板錨索間排距1.5 m×2.0 m，每根錨索配套使用2 支CK2340（外側(cè)）、2 支Z2360（內(nèi)側(cè)）樹脂錨固劑，同時配套專用的蝶形托盤、錨索鎖具、球形墊圈等構(gòu)件，錨索預(yù)緊力應(yīng)不低于45 MPa。試驗巷道直接頂為6.69 m 厚的中、細(xì)粒砂巖互層結(jié)構(gòu)，為保證錨索錨固的穩(wěn)定可靠性，設(shè)計錨索長度為6.0 m，將錨桿錨固區(qū)通過錨索直接錨固在基本頂巖層上，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載能力。

（3）金屬網(wǎng)為菱形網(wǎng)，采用直徑為4 mm 的鐵絲編制而成，頂網(wǎng)規(guī)格為3.6 m×1.2 m，幫網(wǎng)規(guī)格為2.8 m×1.2 m。鋪設(shè)時網(wǎng)與網(wǎng)的搭接不低于0.2 m，搭接處用鐵絲捆綁，保證連接處的可靠性，金屬網(wǎng)主要用于約束幫到表面碎脹變形，有效避免巷道片幫、冒頂現(xiàn)象。

（4）鋼帶采用3 mm 厚的W鋼帶，頂幫錨桿和錨索均采用W鋼帶連接，促使獨(dú)立的錨固控制區(qū)域形成整體錨固系統(tǒng)，有效增強(qiáng)護(hù)表面積，充分增強(qiáng)錨固控制范圍，進(jìn)一步促使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一整體承載結(jié)構(gòu)。

2.2 單體支柱超前支護(hù)

超前工作面20 m 范圍內(nèi)采用單體支柱配π型頂梁加強(qiáng)支護(hù)，選用DZ35-250/100 單體液壓支柱，最大工作阻力為250 kN，頂梁采用π型梁，根據(jù)試驗巷道巷內(nèi)布置情況，超前支護(hù)采用兩排單體液壓支柱，分別安裝在π型梁兩端，π型梁長4.0 m，梁距為1.0 m，安裝的單體液壓支柱設(shè)有防倒、防墜裝置，垂直于頂板安裝，初撐力不低于200 kN。

3 巷道礦壓顯現(xiàn)特征分析

現(xiàn)場監(jiān)測了巷道變形情況，試驗巷道在超前工作面30 m 處開始產(chǎn)生變形，在超前工作面20～30 m范圍內(nèi)，巷道變形量較小，頂?shù)装謇塾嬜冃瘟繛?6 mm，兩幫累計變形量約35 mm；隨著工作面的不斷推進(jìn)，巷道變形速度逐漸加快，超前工作面10～20 m 范圍內(nèi)，圍巖變形速度開始加快，該范圍內(nèi)頂?shù)装搴蛢蓭屠鄯e變形大165 mm、136 mm，但是其處于單體超前穩(wěn)控支護(hù)范圍內(nèi)，圍巖變形速度均可控；在超前工作面10 m 范圍內(nèi)，巷道變形速度最大，頂?shù)装謇塾嬜冃瘟看?54 mm，兩幫累計變形量約298 mm。在工作面回采期間，巷道整體變形均在允許范圍內(nèi)，圖2給出了巷道變形曲線圖。

圖2 巷道變形曲線

4 結(jié)語

針對孤島工作面回采巷道易產(chǎn)生大變形現(xiàn)象，結(jié)合煤峪口礦孤島工作面現(xiàn)場地質(zhì)條件，采用錨索網(wǎng)帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)和單體支柱超前支護(hù)技術(shù)，該技術(shù)采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)和W鋼帶實現(xiàn)初期主動永久支護(hù)，同時采用具有一定初撐力的單體支柱配π型頂梁實現(xiàn)臨時加強(qiáng)支護(hù)。該技術(shù)應(yīng)用后，有效控制了孤島工作面回采巷道大變形現(xiàn)象，實現(xiàn)了孤島工作面回采巷道圍巖的穩(wěn)定控制。