大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護技術

摘 要：，全面進行理論分析和模擬，研究了大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護技術，實現了安全生產。

關鍵詞：大埋深；厚煤層；孤島工作面；沿空掘巷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.116

1 研究課題必要性

梁寶寺煤礦為避免地表下沉對建筑物等的破壞，采用條帶開采方法。在村莊搬遷完畢以后，剩余的工作面均為孤島工作面。所以研究孤島工作面巷道的支護問題對梁寶寺煤礦的安全生產和經濟效益尤為重要。大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護技術是亟需進行攻關研究的重大技術課題。

2 研究內容

地質條件分析；覆巖運動規律及支承壓力分布變化規律資料分析；淺部沿空掘巷案例分析；構建梁寶寺礦采場結構力學模型，對采場支承壓力分布特征進行理論分析；采場支承壓力分布特征的數值分析；采場支承壓力分布特征監測；確定合理的區段煤柱尺寸；確定合理的巷道支護形式；計算正確的巷道支護參數；對巷道圍巖（動態）變形及支護質量進行監測。

3 研究基礎

3.1 地應力測試

2013年，梁寶寺煤礦以地應力場原位測量和地應力分布規律研究為主要內容，結合煤礦安全開拓和安全生產的實際要求，利用深部巖土力學與地應力場“點—面”結合的分析測試方法，進行梁寶寺煤礦一號井地應力原位測量及地應力場分布規律的研究，為該礦巷道合理布置、支護參數設計、防沖防爆工程措施的制定等提供基礎研究資料。主要結論如下：

（1）通過現場地質調查和資料分析，在對全國及山東省區域構造演化規律分析的基礎上，總結了梁寶寺煤礦區域構造體系的四階段演化規律和三種典型構造形式，確定了區域構造應力場最大主應力方向為南東向；

（2）根據構造體系分析結果，結合現場工程實際，確定了六個典型點，利用應力解除法進行了地應力原位測量，得出了典型點地應力大小和方向，地應力方向平均SE160°，與區域構造體系分析結果吻合；

（3）得出了梁寶寺煤礦地應力分布的主要規律：梁寶寺礦區地應力場方向為SE160°；地應力（最大主應力）為近水平方向，與水平面的夾角3°～9°，該區域地應力場以水平應力為主；地應力大小為18.8MPa～25.836MPa，平均值為21.907MPa，約為自重應力的1.093倍；-700m水平垂直應力平均為19MPa，-800m水平為22.2MPa，初步確定梁寶寺礦應力梯度為3.2MPa/100m；

（4）根據巷道布置方向與地應力場方向之間的關系，得出梁寶寺礦地應力分布對巷道穩定影響的三個分區：地應力影響輕微區、地應力影響較嚴重區和地應力影響嚴重區。

3.2 研究方法

在現場實測的前提下，必須在建立工作面沿空掘巷結構力學模型的基礎上，選擇合理的支護形式，計算正確的支護參數。本項目采用理論分析、工程類比、實驗室實驗、數值模擬計算研究、現場試驗（實測）研究等綜合研究方法：

采用實用礦山壓力理論體系研究巷道失穩機理與破壞類型；應用巖石破壞過程分析軟件計算圍巖應力場與煤層應力分布規律；采用理論與現場研究相結合的方法，研究巷道支護技術；采用實驗室研究方法研究沿空掘巷、聯合布置的最佳方案；采取監測-補強-監測的技術途徑，實現巷道的安全；根據具體煤層圍巖特點，采取集成方法，完善現有安全監測系統，實現集中監測與控制。

4 深部非對稱孤島工作面巷道支護技術

（1）通過數值模擬和現場實測了3206工作面超前支承壓力影響范圍為95m，峰值位置為22m。工作面側向支承壓力在9m以內是隨著深度是增加的，但是受工作面超前支承壓力影響并不能明顯表現出自己的規律。通過數據分析說明3m處煤體出現了完全破壞，工作面側向煤壁破壞范圍處于4～6m之間。通過“十字布樁”觀測，順槽頂板下沉量和兩幫移近量的變形量和變形率隨著采空側壓的增大而逐漸增大，空間上的非對稱結構造成了軌道順槽和皮帶順槽變形的不對稱。通過對目測數據的分析可知，受采空側壓影響，工作面采空后部順槽出現了不對稱的變形破壞，隨著采空側壓的增大，工作面采空后部的變形破壞越來越嚴重。

（2）針對3206工作面孤島非對稱的特點，采用“頂幫連體支護”的新支護技術，工作面順槽兩幫采用不同錨索支護方式，一幫采用30°錨索來增大煤幫支護面積；采空區一幫采用45°來加強頂板拉力。

5 主要措施

（1）錨桿布置方式：頂部兩側錨桿與水平成75°角，頂部其他錨桿與巷道頂板垂直。各順槽各幫肩窩錨桿與水平方向成15°仰角布置，底角錨桿需與水平方向成15°俯角布置。各順槽各幫其它錨桿水平布置。

（2）錨索布置方式：錨索設計在兩排鋼帶的空隙中，即兩排錨索的間距為850mm；每個幫一根，頂板三根。頂板三根錨索與頂板垂直，其中一根在巷道中部，另外兩根在兩側對稱布置。各順槽各幫在中部布置一根錨索；臨近工作面側與水平成45°角，仰打入頂板，遠離工作面側與水平成30°角，仰打入頂板。錨索均在兩派錨桿的間隙布置。

（3）在工作面見方位置（距巷道口900至1100米）應進行加強支護，支護段為在錨桿與錨桿錨之間加裝16t讓壓管，錨桿間排距更改為0.7×0.8m，錨索間排距為1.1×0.8m。對見方位置煤柱側及頂板噴漿，噴漿拖后迎頭100m內，強度為C20，厚度為100mm。噴厚均勻，蓋網嚴密，無露筋現象。噴漿后噴體灑水養護時間不少于28天，7天內每班灑水1次，7天以后每天灑水1次。

（4）遇大斷層或頂板破碎段，應采用加強支護，采取U型鋼架棚支護方式，頂板架11塊枕木，間距500mm；兩幫各架3塊枕木，間距700mm，與頂底板間距200mm，棚間距1200mm。枕木尺寸22×16×250cm，u型鋼弧段半徑208cm，搭接范圍40～50cm，圓弧段兩段搭接，每段長3.83米；幫部采用一根支護，長2.3米；選用U型鋼尺寸底寬×側高×壁厚300×100×20。

（5）兩端頭處采用單體支柱架棚支護，采用四排支柱，與兩幫間距500mm，架棚間距1200mm，超前段支護長度200m。

6 結語

根據梁寶寺煤礦地質生產條件，全面進行理論分析和模擬，研究實施了大埋深厚煤層孤島工作面沿空掘巷支護技術，實現了安全生產。

作者簡介：劉巖（1989-），男，山東濟寧人，主要從事：專業技術工作。