對受二次采動影響的巷道進行有效支護的探索

劉高峰

山西亞美大寧能源有限公司質量辦，山西晉城 048100

對受二次采動影響的巷道進行有效支護的探索

劉高峰

山西亞美大寧能源有限公司質量辦，山西晉城 048100

受相鄰工作面和本工作面的強烈采動影響，巷道圍巖變形、破壞嚴重。本文結合實際條件，在原巷道采用一般的錨桿支護技術已不能滿足安全、生產的要求的情況下。為了進一步改善中間巷的支護效果，決定進行墩柱支護研究。

二次動壓；巷道；支護；木垛；墩柱；研究

由于煤層、頂底板巖層較破碎、強度較低，在回采期間巷道的頂、幫和底板會出現(xiàn)較大的變形甚至破壞失穩(wěn)。為保證巷道服務于采煤工作面生產的需要，須對此巷道進行再次加強支護。

1 研究背景

402巷為103、104長壁工作面的中間順槽，巷道形狀為矩形，掘進高度3.5m，掘進寬度5.5m，沿3#煤層底板掘進，與103、104工作面之間的保護煤柱凈寬均為30m。掘進時采用錨網+錨索支護，104回采之前進行了加強錨固支護。由于受到比較強烈的采動影響，造成巷道圍巖變形、破壞嚴重，需要多次維修與翻修，支護費用高，安全得不到保證。

2 研究方法

2.1 木垛支護試驗方案

試驗巷道長度約100m，井字型木垛設在巷道中線上，排距2m，觀測頂底板移近量、兩幫移近量、木垛受力大小及變形狀況。木垛受力大小用礦用壓力盒測量。在每個木垛安裝4個壓力盒，壓力盒上下各墊一塊300mm×300mm×5mm～10mm的鋼板。以便掌握木垛承載及變形性能，優(yōu)化木垛支護參數。

2.2 墩柱支護試驗方案

試驗巷道長度約100m，墩柱支在巷道中線位置，間距2.0m，設置8個觀測站，其中，7、8號墩柱測站為緊挨1號木垛測站的兩個墩柱。墩柱性能為直徑900mm，最大承載能力約200t。在每個墩柱安裝4個壓力盒，壓力盒上下各墊一塊900mm×900mm×5mm～10mm的鋼板。觀測內容頂底板移近量、兩幫移近量、墩柱受力及變形。墩柱受力大小用礦用壓力盒測量。以確定保證通風需要斷面的墩柱支護參數。

2.3 觀測方法

104開采影響不明顯時，每周觀測1次；104開采影響明顯時，每天觀測1次。

3 觀測結果分析

從觀測結果可知，主要有以下幾點特征：

1）墩柱受力普遍大于木垛受力，墩柱平均壓力為木垛平均壓力的2.7倍；

2）墩柱變形微弱（根據墩柱力學性質實驗曲線計算，墩柱受力100t時變形量約為19mm）；

3）木垛變形明顯（平均約142mm）。木垛受力達到約20t后開始產生劈裂，木垛最大承載能力約為35t；

4）至4月28日，墩柱支護條件下的圍巖變形（頂底移近量平均為86mm，兩幫移近量平均為42mm）明顯小于木垛支護條件下的圍巖變形（頂底移近量平均為222mm，兩幫移近量平均為155mm）；

5）墩柱支護條件下底鼓現(xiàn)象不明顯，木垛支護條件下底鼓明顯；

6）墩柱與木垛支護條件下底鼓形式不同：墩柱起到了減跨作用，底鼓發(fā)生在墩柱與巷幫之間。木垛起到了變形控制作用，底鼓仍為兩幫之間的整體鼓出，木垛對其有約束減緩作用；

7）根據102工作面開采引起的地表變形觀測研究，采動影響劇烈期為工作面前方約50m至工作面后方約150m。

根據觀測數據及變化曲線，可得出主要信息匯總表，見表1。

表1 墩柱、木垛測站主要觀測信息匯總

4 402巷礦壓特征機理研究

4.1 圍巖結構特征

長壁工作面開采后，巷圍巖周圍采空時，直接頂垮落，老頂斷裂。老頂斷裂后因直接頂充填狀況以及老頂斷裂塊體特征的不同。可能出現(xiàn)老頂完全垮落甚至楔入未垮落老頂下方、老頂未完全垮落且仍與未垮落老頂有一定程度的鉸接結構特征。

4.2 圍巖壓力特征

采空區(qū)形成初期，巷兩側煤柱需承擔倒梯形巖體重力，隨著采空區(qū)巖層活動完成以及倒梯形中兩側部分巖體斷裂滑落，煤柱載荷會減小。這個過程因地質條件、開采條件的不同而不同。

4.3 中間巷圍巖變形特征

中間巷圍巖變形主要集中在底板和兩幫，以擠壓破碎后的似塑性鼓出變形為主，實質為撓曲斷裂→剪脹→碎脹變形過程。

5 結論

通過現(xiàn)場觀測并結合開采沉陷規(guī)律研究成果進行綜合分析，對中間巷加強支護的方式及參數得出以下結論和建議：

1）中間巷圍巖結構在兩側工作面采動影響下呈現(xiàn)出復雜的變化過程，相應的圍巖壓力也呈現(xiàn)出增加→減小的變化過程；

2）底鼓是開采造成的水平應力增高和煤柱支承壓力增高共同作用的結果，巷道交叉處發(fā)生整體性冒落的危險性大；

3）支護的成功與否，取決于對圍巖壓力升高過程的適應情況；

4）現(xiàn)用木垛加強支護方案對大部分區(qū)域是成功的，對部分礦壓顯現(xiàn)劇烈區(qū)稍顯不足，應適當調整支護參數；

5）從試驗情況判斷，墩柱試驗方案的支護效果良好。觀測期間墩柱受力均小于屈服強度，書名支護強度偏高，大面積采用時還可適當增大柱間距；

6）考慮到成本，條件許可可用現(xiàn)澆混凝土墩柱代替試驗用墩柱；

7）需要保證巷道的通車功能時，可采用頂板桁架錨索+底板大錨索加強支護方案；

8）通過現(xiàn)場錨索受力、破壞現(xiàn)象的觀察，認為兩根錨索間采用槽鋼連接存在一些缺點：（1）頂板表面平整度差導致錨索受有過多附加力；（2）槽鋼眼頂板錯動易使錨索受到剪切作用；（3）錨索拉斷時槽鋼積聚彈性變形的瞬間恢復易形成彈射現(xiàn)象，造成傷害事故；（4）彈射過程中錨索與槽鋼間的摩擦作用產生的火花可能引燃、引爆瓦斯。因此，建議錨索間取消槽鋼連接，采用錨索托盤。

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TD353

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1674-6708（2011）48-0021-02