上層煤柱對下覆巷道掘進(jìn)的承壓影響與支護(hù)對策

馬翠元 MA Cui-yuan；孫明東 SUN Ming-dong

（山東能源棗礦集團(tuán)付村煤業(yè)有限公司，濟(jì)寧277605）

0 引言

付村煤業(yè)有限公司是一座設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力270萬噸的大型礦井，礦井主采煤層為3上煤和3下煤。3下煤層的直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚0.6米，性脆，水平層理明顯，f=4-6；老頂為細(xì)砂巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，硅質(zhì)膠結(jié)，f=6-8，致密堅(jiān)硬。隨著礦井開采的不斷深入，3上煤層開采對3下煤層的影響逐漸顯露。

3上4 01 工作面于2010年11月回采結(jié)束，3上401小面于2011年12月開始回采。3下401材巷設(shè)計(jì)沿F14斷層煤柱布置，3下401掘進(jìn)工作面于2012年1月施工，3下403材巷在掘進(jìn)過程中受動壓影響明顯。

圖1 巷道布置平面示意圖

1 3下401材巷受壓顯現(xiàn)狀況

3下4 01 材巷自2012年1月開始綜掘煤巷施工，施工至導(dǎo)14點(diǎn)前110米煤體較為堅(jiān)硬，巷道無動壓顯現(xiàn)。2012年2月26日在導(dǎo)14點(diǎn)前100-120米段逐漸有壓力顯現(xiàn)，現(xiàn)場采取了補(bǔ)打錨索梁措施，但未能阻止巷道變形的進(jìn)一步發(fā)展。3月1日至3月4日，巷道變形量顯著變化，頂?shù)装逡平考眲≡龃螅畲筮_(dá)100mm/d.迎頭掘進(jìn)時煤炮頻繁。

2 3下401材巷受壓顯現(xiàn)原因分析

2.1 3上401工作面采動影響 3上401工作面于2010年11月7日回采完畢，3下401材巷掘進(jìn)時3上401工作面的超前壓力影響（1年零6個月）已趨于穩(wěn)定。3上401工作面停采線以外煤柱應(yīng)力在底板中傳遞到3下巷道。

2.2 3上401小面采動影響 根據(jù)巷道掘進(jìn)度與3上401小面推進(jìn)度對比，2月28日3下401材巷平面位置與3上401小面相距220m，3月25日巷道與3上401小面相距80m。按照采煤工作面超前壓力影響規(guī)律，顯然2月26日—3月5日3下401材巷受壓變形與3上401小面的推進(jìn)無關(guān)。

2.3 3上401煤柱的影響分析 3下401材巷的受力變形是其上部的煤柱受壓所致。

應(yīng)力大小分析：根據(jù)上部煤層采動遺留煤柱引起底板巖層內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律可以看出，4-5米煤柱剛達(dá)到了應(yīng)力最大值近2-3γH，應(yīng)力在底板中的傳播隨深度增加逐漸減小，9-10米范圍應(yīng)力為2.5σ。

應(yīng)力影響范圍分析：3 下 401 材巷方位 201°01′56″，與3上煤柱夾角13°，巷道寬度為4.0m，計(jì)算下覆在煤柱下方的巷道長度L=35.2m，此段巷道受力較為明顯。3下煤層頂板與3上煤柱間距為9-10m，埋深-340—-390，根據(jù)支承壓力在煤層底板中的傳播規(guī)律分析：上部煤層一側(cè)采動，靠采空區(qū)側(cè)0-10m范圍底板巖層0-10m內(nèi)應(yīng)力相對較小，應(yīng)力增高系數(shù)僅為0-0.5，對底板巖層影響幾乎沒有。而在靠煤柱側(cè)0-10m應(yīng)力系數(shù)增高，所以，距3上煤柱0-10m范圍內(nèi)底板巖層應(yīng)力增高對3下巷道影響較大。根據(jù)計(jì)算，此段影響巷道長度為66m。由此，3上煤柱對3下401材巷影響范圍理論計(jì)算長度應(yīng)為35.2+66=101.1m。

2.4 巖性分析 3下煤層直接頂為厚度0.6米的砂質(zhì)泥巖，f=4-6，性脆，水平層理明顯。因此，該直接頂承壓能力較弱，受壓后易產(chǎn)生碎裂。

2.5 巷道繼續(xù)掘進(jìn)受壓分析 3下401材巷繼續(xù)掘進(jìn)，在進(jìn)入3上401小面底板前，受到3上401小面停采前煤柱的影響。3上401小面于2011年4月17日停采，此時3下巷道正好進(jìn)入3上煤柱的應(yīng)力影響范圍。由此，3上401小面停采線前30米應(yīng)為疊加應(yīng)力影響區(qū)，受壓最大，巷道變形量亦應(yīng)最大。而巷道進(jìn)入3上401小面采空區(qū)范圍以里后，巷道受壓影響基本可以忽略。

3 巷道支護(hù)對策

3.1 根據(jù)3上401材巷的受壓分析，巷道掘進(jìn)期間主要受到3上401巷道煤柱和3上401小面停采煤柱應(yīng)力集中的影響。根據(jù)受壓程度不同，分段采取不同的加強(qiáng)支護(hù)措施。

3.2 Ⅰ區(qū)：為垂直煤柱壓力影響區(qū)，巷道受壓變化較大，采取架工字鋼棚支護(hù)。

3.3 Ⅱ區(qū)為3上煤柱側(cè)下壓力區(qū)影響區(qū)，其中：A區(qū)為單純巷道煤柱影響范圍，B區(qū)為巷道煤柱+工作面停采煤柱復(fù)合影響區(qū)，C區(qū)為工作面后方壓力影響區(qū)。A區(qū)采用的支護(hù)方式為：高強(qiáng)度錨桿+錨索+工字鋼對棚復(fù)合支護(hù)；B區(qū)采用的支護(hù)方式為高強(qiáng)度錨桿+錨索+工字鋼對棚復(fù)合支護(hù)；C區(qū)采用的支護(hù)方式為高強(qiáng)度錨桿+工字鋼單棚復(fù)合支護(hù)。

3.4 不同支護(hù)形式的作用分析。錨桿+錨索+架棚支護(hù)的形式，錨桿作為主動支護(hù)，起基本的承壓作用。錨桿支護(hù)的關(guān)鍵是要確保錨桿必須錨固到圍巖松動圈以外，且必須施加一定的預(yù)應(yīng)力。錨索控制頂板的深部離層，其主要特征是預(yù)應(yīng)力大，支護(hù)強(qiáng)度更高，起錨桿支護(hù)的輔助作用。工字鋼棚作為一種被動支護(hù)形式，起抗壓變形的作用，工字鋼棚支護(hù)的關(guān)鍵是棚體必須支設(shè)在實(shí)底上，棚架穩(wěn)定連體，腰幫背頂要實(shí)。

圖2

4 結(jié)論

4.1 集中應(yīng)力的上層煤柱對下層巷道的影響破壞嚴(yán)重，必須引起高度重視。

4.2 3下巷道的掘進(jìn)時間應(yīng)根據(jù)接續(xù)實(shí)際，盡量在3上煤層動壓穩(wěn)定下施工。

4.3 3下煤層巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)，必須充分分析巷道受壓狀況，采取可靠穩(wěn)固的支護(hù)形式，避免巷道受壓時因準(zhǔn)備不足而影響安全和進(jìn)度。

4.4 根據(jù)施工后巷道變形分析，高強(qiáng)度螺紋錨桿+錨索+工字鋼棚式剛性支護(hù)能基本滿足強(qiáng)動壓下的巷道支護(hù)，架棚支護(hù)后巷道頂幫移近量控制在100mm，支護(hù)較為方便，對今后類似巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)具有積極借鑒作用。

[1]錢鳴高等.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[2]袁亮等.煤礦總工程師技術(shù)手冊[M].煤炭工業(yè)出版社,2010.

[3]楊更社.礦山巷道圍巖自承能力的充分利用[J].陜西煤炭,1989(03).