綜采工作面巷道頂板離層原因分析及處理方法

任兔兒

(汾西礦業高陽煤礦，山西 孝義 032300)

1 工作面概述

3215工作面井下位于三采區北翼，東面為3213工作面(已采)，南面為三采區總回風大巷、總軌道大巷皮帶大巷，西面為3217工作面(已掘)，上下部煤層均未開采。3215工作面一切眼傾斜長度160 m,可采長度98 m；一切眼與二切眼對接后傾斜長度190 m ,可采長度1 650 m。地面標高為+1 535 m～+1 364 m，井下標高為+714 m～+786 m，上覆巖層厚度為659 m～791 m。

3215運巷沿2#煤層頂板掘進，2#煤層平均厚1.8 m，平均傾角7°，煤層頂底板情況見表1。

表1 3215運巷頂底板情況說明表

3215高抽巷于3215運巷700 m處以45°方位角開口后以0°方位角掘進，該巷道位于3215運巷東側，與3215運巷水平間距為30 m，層間距為25 m～30 m。

30219材巷沿2#煤底板掘進，2#煤位于山西組上部， 2#煤層上10 m左右，煤厚在0.7 m～1.2 m,是井田較穩定地段，煤層結構簡單，無夾矸，工作面大部分穩定可采，黑色，屬中灰、低中硫的瘦煤、焦煤，煤層傾角為2°～8°，平均傾角6°。該巷道位于3215運巷西側，與3215運巷水平間距為60 m，層間距為10 m左右。

2 3215運巷掘進期間支護方式

3215運巷掘進期間，永久支護采用錨桿+金屬網+W鋼帶+錨索的聯合支護方式。

頂錨桿：0～1 200 m區段內，采用Φ20 mm×2 200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距790 mm×800 mm，每排7根；1 200 m～1 750 m區段內，采用Φ22 mm×2 400 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距790 mm×800 mm，每排7根。

幫錨桿：采用Φ20 mm×2 200 mm的左旋螺紋鋼錨桿，第一根幫錨桿距頂板300 mm，以下幫錨桿間距為800 mm，排距為800 mm，兩幫共計8根。

頂錨索：采用Φ21.6 mm×7 300 mm的鋼絞線錨索，排距為1 600 mm，0～600 m區段內，每排3根，600 m～1 750 m區段內，每排4根。

幫錨索：0～520 m區段內，采用Φ21.6 mm×5 300 mm的鋼絞線錨索，間距3 200 mm，距巷道頂板為1 500 mm，兩幫共計2根，520 m～1 750 m區段內，取消幫錨索支護。

3 3215運巷頂板出現的問題及原因分析

3.1 3215運巷頂板出現的問題

1) 在掘進3215高抽巷期間，發現3215運巷900 m～1 200 m處個別地段頂板來壓強烈。

2) 3215運巷400 m～650 m處頂板來壓強烈，局部地段有錨索拉斷現象，故對此地段進行補強支護。

3) 經現場統計，3215運巷400 m～1 200 m區段內，共計損壞的錨桿149根，錨索56根，錨桿測力計讀數：500 m處15 MPa，700 m處16.2 MPa，1 200 m處25 MPa。

3.2 原因分析

1) 在3215運巷700 m～1 200 m區段內，位于白草溝梁下部，上覆巖層最厚處達791 m，同時處于背斜與巷道斜交的軸部，由于巖層受力擠壓，應力較大，導致頂板破碎。

2) 在3215運巷1 300 m～1 400 m區段內，處于向斜與巷道斜交的軸部，頂板壓力較大。

3) 3215運巷沿走向布置，該地段節理較發育，節理的走向與巷道方向基本平行，導致巷道頂板壓力較大。

4) 3215運巷350 m～550 m區段內，巷道破頂掘進，破壞原巖應力分布情況，頂板出現離層，離層量為70 mm，650 m處離層量最大為86 mm，同時，300 m～700 m區段內發現頂板下沉，兩幫有壓酥現象，經現場統計，頂板下沉量為150 mm～200 mm，底鼓量為200 mm～500 mm。

5) 3215運巷710 m～760 m區段內，受3215高抽巷與30219材巷掘進的多次擾動，使3215運巷頂板巖層中產生裂隙，加之3215運巷與30219材巷交叉處層間距小(6.3 m～6.7 m)，致使裂隙向30219材巷導通，3215運巷交叉處西側頂板出現臺階下沉(最大200 mm)。

4 3215運巷補強支護措施

1) 對巷道原錨索支護失效地段在旁邊進行補打錨索補強支護。

2) 對3215運巷900 m～1 200 m范圍內進行補打錨索加強支護，原巷道錨索布置形式為“4-0-4-0”，補打錨索后呈“4-3-4-3”布置。

3) 對3215運巷400 m～650 m范圍內進行補打錨索加強支護，在每排錨索中間施工一根錨索，此區段內錨索原來的布置形式為“3-0-3-0”，補打后呈“3-1-3-1”布置，并對3215運巷進行架棚支護，采用3 600 mm的π梁配合單體液壓支柱呈“一梁三柱”進行補強支護，所架設棚子順巷道一排支護。

4) 錨索采用Φ21.6 mm×7 300 mm鋼絞線錨索，錨索鋼板采用Φ=16 mm 的鋼板制作，鋼板規格Φ16 mm×285×285 mm，錨索安裝三支錨固劑,一支K2355型(在上)、二支Z2355型(在下)，錨索外露長度不大于250 mm，錨索預緊力196 kN～344.96 kN，錨固力355.74 kN～444.92 kN。

5 礦壓觀測及效果分析

5.1 觀測內容

1) 觀測錨桿測力計讀數。對3215運巷每個50 m安裝的錨桿測力計讀數進行觀測，掌握巷道頂板壓力大小。

2) 觀測巷道斷面收縮量。采用十字布點法，觀測巷道頂底板移近量和兩幫收縮量。

3) 觀測頂板離層儀讀數，對3215運巷每個50 m安裝的錨桿測力計讀數進行觀測，掌握巷道頂板離層情況。

5.2 效果分析

通過對3215運巷進行礦壓觀測，尤其是頂板離層、礦壓顯現地段進行觀測，得到以下結果。

1) 巷道錨桿測力計讀數維持在500 m處16 MPa，700 m處17.4 MPa，1 200 m處25 MPa。

2) 巷道頂底板移近量最大為200 mm，平均在175 mm左右，兩幫移近量最大為230 mm，平均為195 mm，巷道變形得到控制。

3) 3215運巷離層儀讀數增長值維持在10 mm～20 mm之間，巷道未發生明顯的離層現象。

6 結語

通過介紹3215運巷的頂底板情況及周邊巷道的空間位置關系，從地質構造、采動影響等方面分析了3215運巷頂板離層的原因，并對礦壓顯現明顯地段提出了專項的補強支護技術措施，最后通過現場的礦壓觀測證明巷道補強支護有效，將巷道斷面收縮量控制在一定范圍內，保證了工作面安全生產。