急傾斜近距離煤層聯合開采巷道圍巖控制技術研究

川煤集團廣旺公司代池壩煤礦 四川 廣元 628208

1 前言

針對代池壩煤礦急傾斜近距離煤層聯合開采條件下巷道圍巖控制技術進行研究，在現場調研和巷道圍巖地質力學評估基礎上結合工程經驗，提出了31235工作面回風巷初始支護設計方案，通過采用地質力學評估、現場礦壓觀測、巷道圍巖結構探測、巷道圍巖位移監測、錨桿錨索受力監測等手段獲得基礎數據，結合物理試驗、理論計算、數值模擬、工業試驗等方法對巷道圍巖礦壓顯現規律進行綜合分析，對初始支護設計方案進行優化，形成正式設計，為代池壩煤礦類似煤層聯合開采條件下工作面回采巷道支護提供了有效的技術支撐。

2 主要研究內容

2.1 現場調研與地質力學評估 以31235工作面回風巷為支護試驗點。通過現場調研與巷道圍巖地質力學評估為巷道設計的基礎和依據，其內容包括現場地質條件和生產條件調查、巷道圍巖物理力學性質測定、地應力測量、圍巖變形特征及錨桿/錨索粘結參數等。根據《煤礦巷道錨桿支護技術規范(GB∕T 35056-2018)》。

2.2 原巖應力參數測試 地應力對巷道受力和變形進行力學分析的基礎參數，井下巷道、硐室周圍的應力分布以及相應的支護要求都與開挖前巖體中已存在的地應力場有關。由于井巷工程的狀況及其支護體的支護特性與支護效果取決于地應力場、圍巖性質、水文地質條件以及采掘施工過程等因素之間的相互影響、相互作用，因此，進行地應力測試十分必要。根據本煤礦開采現狀和項目的研究內容，本項目安排在12#煤布置2個原巖應力測點，采用應力解除法測量地應力。

3 急傾斜近距離煤層開采巷道變形破壞規律的試驗研究

對巷道表面變形、圍巖深部變形、錨桿受力、錨桿錨固性能、圍巖結構進行觀測和分析，為巷道圍巖控制技術研究提供可靠依據。

3.1 工業性試驗 在31235工作面回風巷進行100 m的工業性試驗，參照巷道初始支護設計方案要求對試驗段支護參數質量進行檢驗。

3.2 巷道表面位移觀測 為掌握巷道斷面的變形收斂情況，為評價支護效果提供量化指標，間隔25m布置3個巷道表面位移測站。

巷道內布設表面位移觀測站，采用“十字測量法”進行觀測，觀測斷面上測點布置如圖，觀測巷道兩幫移近量及頂板下沉量。

表面位移觀測站布置

當測點距工作面100m外每周觀測1次；當測點距工作面100m內每周觀測2次；當測點距工作面50m內每日觀測1次。在日常觀測中測讀AB、DO值，測量精度要求達到1mm，并估計出0.5mm。

3.3 巷道深部位移觀測 采用多點位移計觀測初始支護設計條件下巷道圍巖變形的規律，為分析巷道支護變形規律、評估支護方案合理性和優化巷道支護方案提供依據。在試驗巷道頂板和采幫各布置2組多點位移計鉆孔，觀測巷道圍巖巖層變形規律。鉆孔沿掘進頭布置，剛安裝的兩星期2天觀測一次；之后一星期觀測一次。統計觀測數據，得出測點位移變化與時間關系、測點位置與位移變化率關系曲線。

3.4 錨桿拉拔試驗 進行錨桿拉拔試驗，為分析錨桿的錨固性能、支護材料適應性和錨桿三徑匹配合理性，為支護方案優化提供依據。在試驗巷道的非采幫和頂板各進行3次錨桿拉拔試驗，測量錨桿粘結參數，頂板藥卷長度300mm，幫上藥卷500-700mm。

3.5 圍巖結構與巷道變形鉆孔窺測 在試驗巷道頂板和采幫各布置2組鉆孔，利用鉆孔窺視儀觀測圍巖結構和圍巖里層變形情況，為力學分析和支護方案優化提供依據。觀測前要求在需要觀測的巖體內鉆取Φ28mm，深度10m鉆孔。它由顯示屏、安裝桿及端部帶攝像頭的10m長光纖電纜組成。

4 巷道變形破壞規律研究

基于地應力測試結果，結合現場調研資料、巷道礦壓觀測結果，采用理論分析和數值分析方法，比較原有支護方案和初始支護方案對巷道變形控制的影響，分析工作面回采對巷道變形的影響，揭示回采巷道變形破壞的規律，為巷道支護設計提供依據。

5 急傾斜近距離煤層開采巷道控制技術研究

采用動態反饋設計法進行巷道支護設計，利用先進的高強全錨和錨注支護技術對巷道進行支護設計，包括支護材料的選擇、支護初步設計方案、監測方案、施工方案等研究內容，進行工業性試驗。

6 創新點

(1)構建適合代池壩煤礦地質條件，在急傾斜近距離煤層聯合開采的多重采動支承應力影響下，以高預應力注漿全長錨固為基礎的動態支護技術體系，應用錨桿/錨索全長錨固技術，對煤巷進行高強度支護，增強了對巷道變形控制，提高了掘巷時的施工速度，(降低巷道維護工作量)，簡化了回采時超前支護工作。

(2)基于現場調研、地質力學評估和試驗，綜合利用理論計算和計算機模擬分析急傾斜近距離煤層聯合開采復雜條件下，多重采動應力對回采巷道穩定性的影響，為巷道支護方案的優化提供科學依據。

7 結論

(1)針對31235工作面回風巷道所處的應力環境和圍巖條件，制定針對性的切實可行的支護或加固方案，對巷道變形進行控制，使本礦巷道支護狀況大為改善。

(2)采用先進的支護技術，為加快巷道掘進速度，大幅降低巷道維護工作量，為工作面快速推進和提高生產效率創造條件。

(3)通過本項目的研究，對代池壩煤礦支護技術進行改革，使本礦回采巷道支護技術在現有基礎上躍上一個新的臺階。