留小煤柱沿空掘巷錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn)研究

魏勝利

（山西大同大學(xué)工學(xué)院，山西大同 037003）

留小煤柱沿空掘巷錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn)研究

魏勝利

（山西大同大學(xué)工學(xué)院，山西大同 037003）

為確定2＃煤層錨網(wǎng)支護(hù)條件下沿空掘巷煤柱大小，在井下進(jìn)行3 m、5 m、7 m寬度條件下的錨網(wǎng)支護(hù)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)各寬度煤柱條件下采掘活動(dòng)對(duì)巷道頂板下沉、兩幫位移及錨桿錨固力影響的觀測(cè)分析，確定合理的煤柱寬度為3 m，節(jié)約了煤炭資源，為礦井的安全開(kāi)采提供了技術(shù)保障.

小煤柱 寬度 錨網(wǎng)支護(hù)

1 試驗(yàn)巷道情況

1）22311頂綜采工作面為孤島型煤柱工作面，下為22312綜放面，上與22300面相鄰，兩面皆已采空.所采2＃煤平均厚度6 m，f＝1～1.5.偽頂為黑灰色泥巖，厚0～0.9 m，破碎、具水平層理；直接頂為0～3 m的灰黑色粉砂巖，具水平層理；老頂為厚8～21m的灰白色中細(xì)砂巖；直接底為厚6 m的灰黑色粉砂巖.

2）22204頂綜采工作面位于下水平22200采區(qū)中部，西靠22202（頂）采空區(qū)，區(qū)域內(nèi)煤層為一單斜構(gòu)造.偽頂為厚0～0.3 m的黑色泥巖；直接頂為灰黑色粉砂巖，厚2.5～14 m；老頂為厚8 m的灰白色中粗砂巖；直接底為厚1.4 m的灰黑色粉砂巖.

2 支護(hù)難點(diǎn)

1）埋深大，頂板不易維護(hù).22311和22204兩工作面埋深分別為－450～－490 m、－400～－525 m，埋深較大，頂板難以維護(hù).

2）巷道受動(dòng)壓影響.22311綜采工作面為孤島型煤柱工作面，下鄰的22312綜放面為已采工作面，垮落的頂板使22311運(yùn)輸巷幫部壓力加大，變形加劇，頂板裂隙進(jìn)一步發(fā)育；22204運(yùn)輸巷約有200 m巷道受22202工作面采動(dòng)影響（停采不到兩個(gè)月），在動(dòng)壓下掘進(jìn)，巷道變形量大.

3）采空區(qū)積水的影響.22204運(yùn)輸巷位于向斜構(gòu)造的底部，臨近向斜構(gòu)造底部的采空區(qū)積水使22204運(yùn)輸巷頂幫圍巖的松動(dòng)范圍加大，巷道不易維護(hù)，為此煤柱由3 m逐漸加大到7 m.

3 工藝及支護(hù)參數(shù)

3.1 掘進(jìn)工藝

巷道斷面矩形，規(guī)格3.7×2.8 m，沿頂鉆爆法掘進(jìn).巷道頂部采用全長(zhǎng)樹(shù)脂錨桿＋網(wǎng)＋錨索＋鋼帶進(jìn)行支護(hù)，兩幫部采用端錨樹(shù)脂錨桿＋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù).

3.2 支護(hù)參數(shù)

1）煤柱留設(shè)：22311運(yùn)輸巷沿空煤柱3 m；2220 4運(yùn)輸巷沿空煤柱3～7 m.

2）頂錨桿：Φ22×2 200 mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，每排5根，間排距900×900 mm，全長(zhǎng)錨固.

3）錨索：Φ15.24 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度6 m，單排布置，間距1.8 m，端頭錨固.

4）幫錨桿：Φ16×1 900 mm鋼筋錨桿，每幫4排，間排距700×900 mm，端頭錨固.

3.3 注意事項(xiàng)

1）現(xiàn)場(chǎng)備有一定數(shù)量的工字鋼棚，如遇頂板破碎，壓力增大，圍巖變形較為劇烈時(shí)，應(yīng)及時(shí)套棚加強(qiáng)支護(hù).

2）動(dòng)壓下巷道施工，應(yīng)密切觀察頂板圍巖的變化，如遇異常及時(shí)采取措施.

3）斷層處、向斜盆地底部鄰近采空區(qū)易于存在積水，應(yīng)制定相應(yīng)的防水措施.

4）每班在開(kāi)工之前，班長(zhǎng)要對(duì)上一班的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)不符合施工要求的要進(jìn)行整改并作記錄.安排專(zhuān)人對(duì)錨桿重新進(jìn)行緊固，保證錨桿的錨固力達(dá)到規(guī)定的要求.

5）對(duì)錨桿錨固力和預(yù)緊力以不低于10%的比例進(jìn)行抽測(cè).

4 礦壓觀測(cè)

為確定合理的煤柱尺寸大小，評(píng)價(jià)支護(hù)效果，在22311、22204運(yùn)輸巷設(shè)置礦壓觀測(cè)站，觀測(cè)在3m、5m、7m煤柱尺寸下的巷道圍巖變形及錨桿受力情況.

4.1 方法與要求

1）頂幫位移十字布點(diǎn)法測(cè)讀，精度1 mm.

2）在22311運(yùn)輸巷道選一圍巖較為穩(wěn)定的斷面，在頂板中部及兩側(cè)安裝三根測(cè)力錨桿，觀測(cè)頂錨桿的軸向受力.

3）安排專(zhuān)人定時(shí)測(cè)讀數(shù)據(jù)，記錄到相應(yīng)的表格中.

4）如遇異常數(shù)據(jù)，應(yīng)及時(shí)查找原因處理，并作記錄.

表1 頂幫位移變形及速度統(tǒng)計(jì)表

表2 兩幫位移及速度統(tǒng)計(jì)表

4.2 結(jié)果整理

1）頂幫位移變形.

從頂及幫的位移變形看，兩者趨于一致，大致可分為掘進(jìn)影響期、相對(duì)穩(wěn)定期和回采影響期三個(gè)階段，22311和22204運(yùn)輸巷煤柱同為3m時(shí)，前者的位移速度和位移總量明顯小于后者，22204運(yùn)輸巷在3m、5m、7m煤柱寬度條件下相比，3m時(shí)圍巖變形最小.

表3 2＃測(cè)力錨桿軸向載荷分布表 單位：KN

2）錨桿受力.由于安裝及保護(hù)問(wèn)題，1＃和3＃測(cè)力錨桿被破壞，表3為2＃測(cè)力錨桿的觀測(cè)數(shù)據(jù)從表3可見(jiàn)：頂錨桿隨頂板的變形，其受力不斷加大，表明其對(duì)圍巖變形控制的及時(shí)性和有效性，符合全長(zhǎng)錨固的一般規(guī)律.

3）預(yù)緊力和錨固力.對(duì)錨桿錨固力抽測(cè)，除個(gè)別施工不達(dá)要求采取補(bǔ)打外，頂、幫大都大于130 KN和50 KN，預(yù)緊力分別大于80 KN·M和50 KN· M，符合規(guī)程要求.

5 支護(hù)效果分析

從觀測(cè)結(jié)果分析，在22311、22204運(yùn)輸巷采用錨梁網(wǎng)＋錨索的支護(hù)方案是可行的.

1）頂幫位移減少，圍巖變形得到控制.22311運(yùn)輸巷頂、幫位移分別為171 mm和242 mm；22204運(yùn)輸巷頂、幫位移在3 m、5 m、7 m煤柱條件下分別為296 mm和460 mm、313 mm和524 mm、342 mm和557 mm.相同條件下架棚支護(hù)，頂板下沉量一般在600 mm以上，兩幫位移量一般在1500 mm以上，且支架損害嚴(yán)重，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大.錨網(wǎng)支護(hù)，充分發(fā)揮了其主動(dòng)支護(hù)的特點(diǎn)，使頂板在變形初期得到及時(shí)有效地控制，保證了頂板的完整性，減少了頂幫的位移.

2）22204運(yùn)輸巷頂、幫的位移量均大于22311運(yùn)輸巷，主要原因是22311巷道圍巖較為穩(wěn)定，而與22204運(yùn)輸巷相鄰的22202工作面停采不到兩個(gè)月，圍巖還處于活動(dòng)期，對(duì)22204運(yùn)輸巷的影響較大；22204運(yùn)輸巷在3m煤柱條件下，圍巖變形較小，其主要原因是較大的煤柱尺寸使巷道處于固定支承壓力的峰值之中，使巷道不易維護(hù).

3）全長(zhǎng)錨固使頂板的組合梁作用加強(qiáng)，穩(wěn)定性提高，通過(guò)錨索強(qiáng)大的拉力，兩者協(xié)同作用使頂板形成一個(gè)穩(wěn)定的整體，為試驗(yàn)的成功奠定了基礎(chǔ).觀測(cè)數(shù)據(jù)也表明，錨桿受力仍沒(méi)有到達(dá)其極限值，說(shuō)明支護(hù)系統(tǒng)仍有富余.

4）實(shí)際觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，頂板下沉大部分來(lái)自頂錨桿錨固端以外（2～6 m）的巖層，其原因是巷道圍巖受到鄰近工作面頂板跨落及采動(dòng)影響.

6 結(jié)論

1）與架棚支護(hù)相比，采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷道圍巖的變形得到控制.通過(guò)錨桿錨索的主動(dòng)支護(hù)，使圍巖的穩(wěn)定性得以加強(qiáng)，調(diào)動(dòng)了圍巖的自穩(wěn)能力.

2）井下試驗(yàn)證明，當(dāng)區(qū)段煤柱為3 m時(shí)，巷道圍巖變形較小，其原因是巷道處于工作面兩端固定支承壓力的降低區(qū)內(nèi).為此，可確定2＃煤沿空掘巷錨網(wǎng)支護(hù)區(qū)段煤柱為3 m.

3）適當(dāng)加大錨索的初張力，提高支護(hù)系統(tǒng)的剛度，發(fā)揮錨桿錨索的協(xié)同作用，增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，阻止上位巖層的移動(dòng).

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Abstracts：For determining the width of coal pillar along the developing road of No2 Coal Seam with support of roof bolt grid，the tests of roof bolt grid support have been carried out with width range of pillars from 3m，5m to 7m，and observation and analysis of develop movement to roof separate level sink，two sides displacement and roof bolt bolting force impact have been taken on each range of pillar.As a result，3m width range of pillar is reasonable as a purpose of saving coal resource and offering technical safety of coal mining.

key words：small coal pillar；width；support of roof bolt grid

〔編輯 石白云〕

Test Research on Roofbolt Grid Support with Setting up Small Coal Pillar on Developing Road

Wei Sheng－li
（School of Engineering，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037003）

TD822＋.3

A

1674－0874（2010）05－0067－03

2010－07－22

魏勝利（1967－），男，陜西華縣人，副教授，研究方向：巷道支護(hù)及煤礦安全生產(chǎn).