淺埋煤層回采巷道礦壓顯現與控制的研究

王永強，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

淺埋煤層回采巷道礦壓顯現與控制的研究

王永強，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

結合萬利礦區寸草塔二礦3-1煤層的地質賦存狀況與開采技術條件，研究了長壁工作面回采巷道礦壓顯現規律，評價了現有支護方案的實際支護效果；測試了巷道的圍巖松動圈，積累了支護設計實測依據；并用測試巷道煤柱支承壓力分布的方法，論證了護巷煤柱的整體穩定性，選擇了煤柱寬度合理參數；最后采用全新的錨桿支護設計理論，提出了寸草塔二礦3-1煤層回采巷道優化支護技術參數。

巷道礦壓規律；巷道礦壓顯現；錨桿支護

1 問題的提出

萬利礦區煤層資源豐富，屬于神華集團正在建設的大型現代化礦區，且多為新投產礦井。伴隨著礦區內新建礦井的陸續投產，萬利礦區長壁開采的安全高效圍巖控制技術問題，已經提到重要的議事日程。目前，萬利礦區大功率采煤機、高阻力液壓支架、大功率工作面刮板運輸機、膠帶運輸機等設備的使用，為礦區內煤炭資源的安全高效開采奠定了基礎。與此同時，開采過程中長壁工作面礦壓顯現規律及圍巖控制技術參數的選擇問題、超長回采順槽圍巖變形破壞與支護方式及控制技術參數選擇、巷道煤柱合理寬度的尺寸參數確定，以及礦區內骨干礦井的主采煤層采場頂底板分類和巷道圍巖穩定性分類等涉及到安全開采的許多關鍵問題均需進行深入細致的研究工作，為工程決策提供基礎資料與理論依據，才能保證萬利礦區的長期可持續發展。

綜上所述，萬利礦區長壁綜合機械化開采已在柳塔、寸草塔一礦、寸草塔二礦全面展開，后期也將在萬利最大的布爾臺格礦投入應用，但與其相關的一系列圍巖控制關鍵技術問題，尚未有系統詳細的觀測研究和理論探索，對萬利礦區長壁開采的內在客觀規律性還沒有深刻認識，更談不到預先指導綜采工作面的設計決策和生產實踐。所以迫切要求，解決開采生產中遇到的技術難題，盡早達到為萬利礦區煤炭開采生產服務的目的。

因此認為，有必要立項開展萬利礦區回采巷道礦壓顯現與控制的研究。本文現以寸草塔二礦為例進行研究。

2 回采巷道支護中存在的問題

根據對長壁開采工作面的實踐現狀的詳細分析，寸草塔礦3-1煤層回采巷道存在的主要問題有：寸草塔二礦3-1煤層采用長壁工作面以來，缺乏巷道礦壓顯現規律的系統觀測和對長距離、大斷面煤巷支護效果的評價；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道的圍巖應力變化規律、頂底板最大移近量錨桿支護參數等缺乏深入研究;現階段缺乏巷道圍巖松動圈測試實驗，錨桿支護載荷等參數的確定采用經驗類比的方法，因此，寸草塔二礦3-1煤層巷道進行的支護存在盲目性；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道現有的支護形式及相關參數，缺乏科學客觀的評價，因此現有錨桿支護的安全性和經濟性難以保證。

以上問題都需進行詳細的科學研究，從而提高現有回采巷道的支護水平，同時也為礦區后續煤層的開采提供參考依據。

3 試驗區概況

寸草塔二礦3-1煤層工作面的煤層厚度6.15～6.74 m，均厚6.44 m，工作面老頂以細粒砂巖、砂質泥巖為主，直接頂以砂質泥巖為主，直接底為砂質泥巖為主，老底以粉砂巖、砂質泥巖、泥巖為主。工作面煤層底板以寬緩的波狀起伏為主，傾角約為1°～3°，受斷層影響局部達到7°。隨著工作面推進，煤層厚度逐漸變薄，推進前方煤層總體呈上坡趨勢。

4 回采巷道礦壓規律與支護技術研究

4.1 研究方法

采用礦山巖石力學的理論分析和圍巖松動圈范圍的現場實測相結合的方法，用以獲得萬利礦區厚煤層長壁綜采條件下的護巷煤柱寬度及回采巷道支護參數。4.2 研究內容

本課題的主要研究試驗內容有：回采巷道圍巖分類及相關力學性質分析；對回采巷道錨桿支護參數和煤柱尺寸進行理論分析；實測回采巷道松動圈與煤柱尺寸相關參數;整理、分析現場實測的相關數據進行。

對以上分析結果匯總，給出寸草塔二礦3-1煤層回采巷道錨桿支護與煤柱尺寸的合理參數取值范圍。

4.3 實測儀器布置

首采回風順槽的礦壓監測測站及儀器安裝情況，參見圖1。在工作面前方的回風順槽中，布設了巷道礦壓測站，用于分析巷道穩定和支護的相關技術問題。在回采巷道中，共設置2個礦壓測站。采用錨桿測力計觀測錨桿的實際承受載荷，頂板離層儀監測實際錨桿支護條件下回風順槽的巖層變形情況，鉆孔液壓枕觀測工作面前方的支承壓力顯現情況，而位移測桿即可監測巷道的頂底板圍巖收斂變化，同時也能配合鉆孔液壓枕分析巷道煤壁前方的超前影響距離。見圖1。

圖1 回采巷道測試儀器布置圖

5結論

a.根據對寸草塔二礦3-1煤層巷道圍巖力學性質分析，穩定性為III類中等穩定圍巖[1]。

b.寸草塔礦3-1煤層巷道礦壓實測結論。巷道錨桿載荷的觀測數據分析結果表明，3-1煤層現有圍巖和回采巷道斷面尺寸條件下，采用預應力錨索對巷道實施補強加固支護措施后，巷道的基本支護—錨桿支護載荷穩定，支護強度足夠，巷道圍巖整體上趨于穩定，基本能夠滿足安全維護順槽的要求。觀測結果證實巷道的聯合支護布置方式及其支護強度參數選擇是基本合適的，巷道圍巖維護是總體穩定，在完善提高的基礎上可以推廣應用于今后3-1煤層長壁工作面的巷道支護設計與支護實踐。回采順槽頂底移近具有平緩變化特征，頂底平均移近速度為1.25 mm/d，說明巷道頂底移近處于穩定變形階段。兩幫收斂位移變化特征是初期兩幫收斂變形小，綜采面采動影響期間收斂變形顯著，且比頂底板移近變形大，主要原因是兩幫無錨桿維護。通過對回采巷道圍巖位移的觀測結果進行分析，證明錨桿支護的技術參數是可行的[2]。

c.寸草塔礦3-1煤層巷道煤柱寬度的合理參數：經計算分析長壁開采條件下，20 m為合理的巷道煤柱寬度。這個寬度和巷道煤柱初步設計參數一致[3]。實測表明寸草塔礦3-1煤層超前采動影響距離為10 m～15 m，根據這一數據今后3-1煤層回采巷道的超前支護距離可按15 m設計，以減少支護工作量與支護時間。

d.寸草塔礦3-1煤層巷道錨桿支護的優化參數[7]：巷道基本支護-錨桿支護參數:頂板采用錨桿+菱形金屬網+鋼筋梁+錨索的聯合支護形式，兩幫不支護。巷道頂板錨桿支護參數為：錨桿間排距0.8 m×1.0 m，采用矩形布置,每排5根錨桿，錨桿規格Φ18 mm×l 800 mm，材質普通A3圓鋼，采用Z23350樹脂藥卷1卷。鋼筋梁由Φ16 mm鋼筋焊接而成，規格為3.5 m×150 mm。菱形金屬網選用10號絲金屬網，網孔規格50 mm×50 mm，網片的尺寸規格為4000 mm×2000 mm。巷道錨索支護設計參數：巷道采用索孔為Φ23 mm的1～7Φ15.24mm錨索，巷道中按照排距3 m、間距2 m的格式每排布置2根錨索；采用6.5 m錨索，錨索外露0.2 m；選用Z23500樹脂錨固劑，每孔3卷。

寸草塔礦3-1煤層回采巷道礦壓規律與錨桿支護技術的研究成果，對萬利礦區類似地質條件下完善其回采巷道圍巖的安全控制技術，提高支護設計水平，具有重要的工程實用價值和理論指導。

[1]陳炎光，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，1996.

[2]陳炎光，錢鳴高.中國煤礦采場圍巖控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，1997.

[3]宋選民，王安.淺埋煤層回采巷道合理煤柱寬度的實測研究[J].太原理工大學學報，2003.

[4]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制（第二版）[M].北京：煤炭工業出版社，1994.

[5]王果，宋選民.緩傾斜煤層巷道圍巖穩定性分類與錨桿支護設計決策系統研究[J].山西煤炭，2006.

[6]錢鳴高，繆協興.采場關鍵層理論研究[J].煤炭學報，1997.

[7]宋選民《萬利礦區長壁工作面礦壓顯現規律及圍巖控制關鍵技術研究》項目報告[R].太原，太原理工大學，2008.

[8]杜善周.回采巷道礦壓規律與錨桿支護技術研究[J].煤炭工程，2006.

[9]任水泉.康家灘礦8號煤層回采巷道的支護優化[J].陜西煤炭,2006.

[10]趙俊輝,武瑞葉，常興華，等.神東礦區回采巷道錨桿支護參數確定[J].陜西煤炭,2003.

Coal Roadway Pressure Behaviop And Control Research of Shallow Coal Seam

Wang yong-qiang,LI Zhi-jun,XING Ping-wei,SONG Xuan-min,FU Yu-ping
（Institute of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Combined of the geological conditions of occurrence and exploitation of technology in Cuncaota No.2 mine,a detailed study of the long-wall mining roadway face pressure behavior laws is done,and the evaluation of the existing support programs and actual results is made;the support pressure distribution is tested to demonstrate the stability,of the roadway,to choose resonable coal pillan width,and to put forward optimized support parameters.

roadway rock pressure law;mine roadway pressure behavior;bolting

TD322

A

1672-5050（2010）02-0035-03

2009-11-18

王永強（1983—），男，山東濰坊人，在讀碩士研究生，從事采礦力學研究。

劉新光