極近距離煤層回采巷道支護(hù)方案優(yōu)化

喬 盛

(山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán) 小窯頭煤業(yè)有限公司, 山西 大同 037003)

極近距離煤層回采巷道支護(hù)方案優(yōu)化

喬 盛

(山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán) 小窯頭煤業(yè)有限公司, 山西 大同 037003)

以小窯頭煤業(yè)極近距離煤層12#煤層巷道支護(hù)為背景,通過(guò)理論分析,分析了巷道穩(wěn)定性差的主要原因?yàn)?1-3#號(hào)煤層回采后遺留煤柱底板應(yīng)力集中的影響,并計(jì)算影響范圍,根據(jù)不同層間距制定不同的支護(hù)方案,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),支護(hù)效果明顯,保證了工作面的安全回采,為極近距離煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供了新的思路。

極近距離煤層; 圍巖穩(wěn)定性; 巷道支護(hù); 工程實(shí)踐

近距離煤層在我國(guó)分布廣泛,由于兩煤層距離較近,在實(shí)際回采過(guò)程中存在諸多技術(shù)難題[1-2]。尤其當(dāng)下煤層工作面開(kāi)采時(shí),上煤層遺留煤柱集中應(yīng)力通過(guò)底板傳播到下煤層,使得下煤層采場(chǎng)周?chē)鷳?yīng)力、工作面礦壓顯現(xiàn)進(jìn)一步復(fù)雜化。給下煤層工作面頂板管理以及巷道支護(hù)帶來(lái)了較大的困難。傳統(tǒng)的單一煤層工作面頂板、圍巖控制理論以及經(jīng)驗(yàn)已不能解決近距離煤層工作面開(kāi)采過(guò)程中遇到的問(wèn)題[3-4]。本文以山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)小窯頭煤業(yè)地質(zhì)條件為背景,對(duì)受上煤層遺留煤柱影響的極近距離12#煤層回采巷道圍巖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,給出了12#煤層回采巷道的支護(hù)方案,保證了工作面安全回采。

1 工作面概況

山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)小頭窯煤礦主采12#、13#和14#煤層,目前主要回采12#煤層,埋深為250 m～290 m,煤層厚度1.5 m～4.3 m,平均2.67 m,傾角4°～8°,與11-3#煤層層間距1.85 m～11.50 m,平均4.28 m,屬于極近距離煤層開(kāi)采,層間距極不穩(wěn)定。目前11-3#煤層已經(jīng)全部回采完畢,留有許多順槽煤柱,在12#煤層巷道掘進(jìn)時(shí),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有支護(hù)方案下,巷道受到11-3#煤柱影響嚴(yán)重,巷道片幫、頂板破碎嚴(yán)重,給安全生產(chǎn)造成了一定的影響。

2 極近距離煤層巷道穩(wěn)定性研究

在極近距離煤層回采過(guò)程中,上煤層遺留煤柱應(yīng)力會(huì)向底板深部延伸,由于兩煤層層間距較小,煤柱的支撐應(yīng)力會(huì)影響到下煤層回采巷道的穩(wěn)定性,給巷道支護(hù)帶來(lái)一定的困難。上煤層煤柱對(duì)下煤層巷道圍巖影響,見(jiàn)圖1。

圖1 極近距離煤層工作面力學(xué)結(jié)構(gòu)分析Fig.1 Mechanical & structural analysis of working face in extra-close distance coal seam

根據(jù)兩煤層層間距離結(jié)合煤柱對(duì)下煤層巷道的影響程度,將12#煤層巷道頂板分為三種類(lèi)型:一是松散體頂板,當(dāng)層間距H≤2 m時(shí),煤柱對(duì)于12#煤層巷道的影響較大,在巷道未開(kāi)挖之前頂板已經(jīng)受到一定的破壞,破壞的頂板與上層采空區(qū)矸石混合壓實(shí),此類(lèi)頂板掘進(jìn)巷道需利用圓木做假頂配合鋼梁架棚支護(hù);

二是破碎頂板,當(dāng)層間距2 m

三是普通頂板,當(dāng)層間距H>4 m,由于受11-3#遺留煤柱底板破壞影響較小,該范圍頂板基本穩(wěn)定,此類(lèi)型頂板下方支架初撐力可適當(dāng)提高,掘進(jìn)巷道在多數(shù)情況下,采用錨桿+錨索網(wǎng)支護(hù)即可。

3 極近距離煤層巷道支護(hù)方案的確定

在近距離煤層下煤層巷道支護(hù)中,需要解決的主要問(wèn)題是如何將破碎頂板組合成一個(gè)整體使其形成一定的結(jié)構(gòu)具有承載能力;降低原有受到破壞的圍巖在下煤層回采過(guò)程中繼續(xù)破壞。由前述計(jì)算分析可知,11-3#層開(kāi)采后煤柱對(duì)底板的影響深度為2.32 m～3.15 m,因此需要對(duì)不同層間距下的巷道采用不同的支護(hù)方案。本文以12#煤2盤(pán)區(qū)21202工作面巷道支護(hù)為背景,將支護(hù)范圍定為:小于2 m的巷道、2 m～3 m的巷道和3 m以上的巷道,對(duì)這三種層間距的巷道分別分段進(jìn)行支護(hù)。

3.1層間距2m以下的巷道支護(hù)方案

巷道斷面尺寸為4 000 mm×2 800 mm(寬×高);11#工字鋼棚為主,液壓?jiǎn)误w柱為輔,另外在煤柱幫頂部施加錨索(排距1 m);鋼棚排距1 m,每排兩架,工字鋼梁長(zhǎng)3.8 m,棚腿2.75 m;頂梁與頂板之間用剎頂木剎緊背牢,剎頂木使用40或60木板,間距800 mm;當(dāng)頂板破碎或壓力增大時(shí),頂板鋪菱形網(wǎng),并將網(wǎng)壓緊壓實(shí)。現(xiàn)有支護(hù)無(wú)法滿足時(shí)及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)或在距鋼架兩側(cè)100 mm處支設(shè)液壓?jiǎn)误w柱。

3.2層間距2m～3m巷道支護(hù)方案

巷道斷面尺寸為3 600 mm×2 600 mm(寬×高)。支護(hù)形式為錨桿+鋼絞線錨索+幫錨桿支護(hù)(支護(hù)示意圖,見(jiàn)圖2)。

圖2 層間距2 m～3 m巷道支護(hù)斷面示意圖Fig.2 Cross-section of roadway support with interlayer spacing ranging from 2 to 3 meters

頂錨桿選用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿鋼錨桿,長(zhǎng)度為1.8 m,直徑18 mm。錨桿間排距為800 mm×800 mm,幫錨桿與垂直方向夾角為30°;樹(shù)脂藥卷選用1卷K2335和1卷Z2335;選用高強(qiáng)球型托盤(pán)(尺寸:150 mm×150 mm×8 mm)聯(lián)合W鋼帶壓金屬網(wǎng)的方式進(jìn)行支護(hù);錨索梁排距1 600 mm,11#工字鋼梁長(zhǎng)度3.2 m,設(shè)置3個(gè)孔,中間孔用錨桿固定。幫錨索與水平方向夾角為30°,排距1 600 mm。當(dāng)頂板破碎或巷道壓力顯現(xiàn)明顯時(shí),使用單體柱對(duì)工字鋼梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.3層間距3m以上巷道支護(hù)方案

巷道斷面尺寸為3 600 mm×2 600 mm(寬×高)。支護(hù)形式為錨網(wǎng)索支護(hù)(支護(hù)示意圖見(jiàn)圖3)。錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm,其余參數(shù)與層間距2 m～3 m段方案相同。錨索沿巷道中心線布置1根,排距為2 000 mm,層間距在4 m～5 m時(shí)用4 m錨索,5 m～6 m間距用5 m錨索,6 m以上的間距用6 m錨索。

圖3 層間距4m以上巷道支護(hù)斷面示意圖Fig.3 Cross-section of roadway support with interlayer spacing more than 4 meters

4 工程應(yīng)用效果分析

4.1現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)效果

21202工作面在掘進(jìn)過(guò)程中圍巖變形嚴(yán)重,頂板冒漏現(xiàn)象頻發(fā)。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的W鋼帶受到擠壓變形嚴(yán)重,局部區(qū)域工字鋼棚彎曲嚴(yán)重,頂板下沉量較大,網(wǎng)兜到處可見(jiàn),巷道整體穩(wěn)定性極差。根據(jù)層間距不同,采用分段支護(hù)方案,采用新型讓壓支護(hù)材料,巷道整體穩(wěn)定性得到維護(hù),鋼棚支護(hù)效果較好,頂板基本保持完整。

4.2巷道圍巖應(yīng)力及變形量監(jiān)測(cè)

采用錨桿測(cè)力計(jì)對(duì)掘進(jìn)和回采期間頂板錨桿、錨索受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),測(cè)點(diǎn)位于工作面前方100 m處回風(fēng)巷中部,層間距在5 m左右,監(jiān)測(cè)曲線見(jiàn)圖4。巷道掘進(jìn)期間,頂板錨桿和錨索受力均不大,穩(wěn)定時(shí)錨索的軸力為88 kN、錨桿軸力43 kN,錨索受力明顯大于錨桿,這說(shuō)明錨索是主要的受力體,能夠在很大程度上保證巷道圍巖穩(wěn)定性。

圖4 錨桿、錨索受力情況Fig.4 Force condition of anchor and cable

圖5為測(cè)點(diǎn)在工作面回采過(guò)程中巷道圍巖變形量,在現(xiàn)有支護(hù)下,巷道頂板移近量最大174 mm,兩幫移近量最大169 mm,均在距離工作面30 m位置顯著增大,從圍巖變形量可以看出工作回采過(guò)程中,巷道整體處于穩(wěn)定狀態(tài),在超前工作面30 m范圍內(nèi)要加強(qiáng)支護(hù)。

圖5 測(cè)點(diǎn)處圍巖移近量隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律Fig.5 Variance of surrounding rock convergence with working face advancing at the testing points

5 結(jié)論

本文以小窯頭煤業(yè)極近距離煤層12#煤層巷道支護(hù)為背景,通過(guò)理論分析,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法得出了以下結(jié)論:

1)11-3#煤層遺留煤柱在底板應(yīng)力集中造成巷道破壞嚴(yán)重的主要原因,根據(jù)滑移線場(chǎng)理論分析計(jì)算得出,煤柱破壞深度為2.32 m～3.15 m。

2) 根據(jù)煤層間距小于2 m、2 m～3m、3 m以上的巷道,分別進(jìn)行分段支護(hù)。

3) 對(duì)21202工作面回采巷道在工作面回采過(guò)程中,巷道圍巖變形量、錨桿、錨索受力情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),結(jié)果表明,分段支護(hù)方案合理,能夠保證工作面安全回采。

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OptimizationofRoadwaySupportSchemeinExtra-closeCoalSeam

QIAOSheng

(XiaoyaotouCoalCo.,Ltd.,ShanxiCoalTransportationandSaleGroup,Datong037003,China)

Taking the roadway supporting in No.12 extra-close coal seam in Xiaoyaotou Mine as the background, theoretical analysis shows that the poor stability is mainly caused by stress concentration in the pillar left over by caving of No.11-3coal seam. The influence range was calculated. Supporting plan was designed by different interlayer spacing. Field testing shows obvious support effects, which ensures the safe caving and provides a new idea for the support design for the extra-close coal seam.

extra-close coal seam; stability of surrounding rock; roadway supporting; engineering practice

1672-5050(2017)04-0011-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.004

2017-06-04

喬盛(1969-),男,山西大同人,本科,助理工程師,從事煤礦開(kāi)采技術(shù)研究。

TD353

A

(編輯:楊 鵬)