煤礦掘進(jìn)巷道應(yīng)力區(qū)煤壁片幫治理技術(shù)研究

白 帆

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王村煤業(yè)公司，山西 大同 037003)

引 言

針對(duì)晉能控股煤業(yè)某礦中的1102運(yùn)輸巷，其位于1101工作面東面，在上組煤帶下山北側(cè)，在其西部為實(shí)體煤，在北部切眼位置設(shè)置有一個(gè)采空區(qū)。對(duì)于1102運(yùn)輸巷掘進(jìn)煤層而言，其類型為石炭系3#煤層，經(jīng)過勘探發(fā)現(xiàn)煤層的平均厚度可以達(dá)到1.13 m。在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，工程人員可以沿著3#煤層底板開始掘進(jìn)，通常把巷道掘進(jìn)的長(zhǎng)度設(shè)置為495m。在1102運(yùn)輸巷道中，直接頂?shù)某煞种饕ㄈ缦聝煞N：第一，炭質(zhì)泥巖；第二，K8砂巖混合巖層，通常平均厚度可以達(dá)到7.2 m，而對(duì)于基本定而言，其成分主要是以砂紙巖土為基礎(chǔ)，其厚度可以達(dá)到11.2 m。

在1102運(yùn)輸巷進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，選用的掘進(jìn)機(jī)型號(hào)為EBZ260，當(dāng)前已經(jīng)完成掘進(jìn)機(jī)工作560 m。由于在557 m位置時(shí)，其成巷相對(duì)較差，同時(shí)位于直墻處片幫嚴(yán)重，同時(shí)片幫深度可以達(dá)到1.2 m。此外，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)在局部位置的直墻與拱部位置出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象。通過調(diào)用相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)到580到610位置時(shí)，出現(xiàn)四條斷層。

1 運(yùn)輸巷片幫原因

1)來自于地質(zhì)構(gòu)造影限制，在開采的過程中1102巷在斷層的影響下出現(xiàn)頂板不穩(wěn)定的現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)時(shí)頂板出現(xiàn)了縫隙現(xiàn)象，與此同時(shí)出現(xiàn)局部破碎以及斷裂問題，最終出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，這樣將會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)局部片幫問題。

2)支護(hù)能力不理想，該巷道巷幫支護(hù)選用1.8 m，直徑為20 mm的單錨桿支護(hù)。在巷道兩側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，因此出現(xiàn)了巷幫圍巖松動(dòng)的現(xiàn)象。與此同時(shí)在拉應(yīng)力的作用下，最終導(dǎo)致兩幫出現(xiàn)了位移的現(xiàn)象。由于可以看出，在采用單錨桿支護(hù)的過程中，錨桿錨端的支護(hù)效果不理想，長(zhǎng)時(shí)間處于應(yīng)力作用下將大大削弱錨桿預(yù)緊強(qiáng)度，從而導(dǎo)致巷幫錨桿出現(xiàn)失效[1]。

3)煤巖體穩(wěn)定性差。該巷道掘進(jìn)煤層厚度可以達(dá)到1.13 m，巷幫巖體主要是由如下幾種混合而成：第一，煤柱；第二，泥巖；第三，K8砂巖。由于存在應(yīng)力，因此將導(dǎo)致在媒體與巖體結(jié)合面位置出現(xiàn)卸壓裂隙帶。煤體在抗壓方面相對(duì)薄弱，隨著裂紋的逐漸增加，其將會(huì)向內(nèi)部逐漸發(fā)育，從而導(dǎo)致煤體出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，最終引發(fā)巷幫煤柱出現(xiàn)脫落，從而引發(fā)安全以及影響工程的進(jìn)度的問題[2]。

2 運(yùn)輸巷片幫治理

2.1 注漿加固

1)可以采集巷道片幫與破碎煤體的信息，巷道中煤體裂紋出現(xiàn)了高度發(fā)育，與此同時(shí)裂紋寬度處于0.2 mm的范圍內(nèi)，以及裂紋長(zhǎng)度可以達(dá)到3.0 m。假如選用硅酸鹽水泥進(jìn)行加固處理，不能較好地填充裂隙，因此在進(jìn)行注漿時(shí)，往往需要選用高性能的無機(jī)注漿材。

2)通常情況下，高新性能無機(jī)鹽注漿材料平均厚度可以達(dá)到5 μm～12 μm。由于此類型的化學(xué)材料流動(dòng)性相對(duì)較高，其在靜止?fàn)顟B(tài)下擴(kuò)展深度可以達(dá)到1.6 m。當(dāng)加入外加劑的情況下，該化學(xué)材料的凝固時(shí)間通常在1.5 h以內(nèi)[3]。

3)工作人員可以在巷幫層打下一排注漿鉆孔，通常鉆孔深度可以達(dá)到2.5 m，相應(yīng)的鉆孔間距可以達(dá)到3.0 m，如圖1所示，相應(yīng)的鉆孔施工在距巷道底板1.0 m。當(dāng)完成鉆孔后，可以在鉆孔位置實(shí)施注漿作業(yè)，其壓力可以設(shè)定為1.5 MPa。

圖1 1102巷煤壁片幫治理技術(shù)施工平面示意圖

2.2 邁步式析架錨索支護(hù)

為了應(yīng)對(duì)剪切應(yīng)力對(duì)巷幫的威脅，通常可以將巷幫支護(hù)設(shè)置成為邁步式析架錨索支護(hù)。

1)在錨桿巷幫位置設(shè)置了兩個(gè)析架錨索支護(hù)，其中將第一排設(shè)置在巷道頂板2.0 m位置處，而相應(yīng)的第二排設(shè)置在與頂板之間直線距離為0.7 m位置，同時(shí)將兩排設(shè)置成為邁步式布置[4]。

2)該支護(hù)主要包括如下兩種單元：第一，兩根恒阻錨索；第二，一根析架拉桿。其中恒阻錨索長(zhǎng)度與直徑分別為：3.5 m、21.8 mm。恒阻錨索長(zhǎng)度為3.5 m，直徑為21.8 mm。析架拉桿長(zhǎng)度為2.0 m。

3)可以在巷幫位置設(shè)置兩排錨索鉆孔，通常鉆孔深度可以設(shè)定為3.2 m，同時(shí)將錨索鉆孔與巷道設(shè)置成為75°。

4)當(dāng)已經(jīng)完成錨桿鉆孔后，在鉆孔中設(shè)置錨注錨索，一般可以將錨索長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.15 m。當(dāng)已經(jīng)布置好錨索工序后，需要在外露錨桿上面布置相應(yīng)的桁架拉桿。

2.3 安裝矩形鋼棚

為了能夠有效地優(yōu)化巷道頂板以及巷道的穩(wěn)定性，可以在斷面應(yīng)力集中環(huán)節(jié)安裝矩形鋼棚，如圖2所示。

圖2 1102運(yùn)輸煤壁片幫聯(lián)合治理技術(shù)施工斷面示意圖(mm)

1)可以增加鋼棚與頂板之間的支護(hù)面積，對(duì)于1102巷而言，選用提醒雙槽剛頂梁作為頂板支護(hù)支架，其相應(yīng)的參數(shù)為：槽鋼長(zhǎng)度可以達(dá)到4.2 m，相應(yīng)的寬度設(shè)置為0.15 m，那么對(duì)應(yīng)的梯形頂梁寬度為0.5 m。

2)在掘進(jìn)的過程中，在565 m位置設(shè)置矩形鋼棚架，架子之間的間距為1.0 m。通常情況下，鋼棚的棚腿以及巷幫位置之間需要設(shè)置0.2 m～0.3 m的間隙，同時(shí)選用進(jìn)行水泥背板實(shí)施填充。經(jīng)過架設(shè)鋼棚后，頂梁與頂板必須保證接觸嚴(yán)密，與此同時(shí)可以在相鄰的兩個(gè)鋼棚棚腿設(shè)置防倒拉桿。

3 結(jié)語(yǔ)

1)為了能夠有效地對(duì)巷幫煤柱進(jìn)行過加固，通常可以選用高性能的無機(jī)注漿材料，經(jīng)過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該方式可以有效地加固巷道煤柱圍巖松動(dòng)圈的破碎情況，進(jìn)一步有效地提高了煤體抗壓強(qiáng)度，從而可以有效地優(yōu)化錨桿錨固條件[5]。

2)對(duì)于巷幫煤柱支護(hù)而言，在設(shè)置了析架錨索支護(hù)后，可以有效地提高了煤柱支護(hù)的強(qiáng)度，同時(shí)可以產(chǎn)生垂直煤柱內(nèi)部的作用力，有效地降低煤柱內(nèi)部向外的拉應(yīng)力，從而可以有效地降低巷幫的偏移量。

3)實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)井矩形鋼棚設(shè)置在巷道應(yīng)力集中位置，可以極大地提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，從而有效地降低頂板垂直應(yīng)力的作用，最終可以大大提高煤柱的支撐強(qiáng)度以及優(yōu)化剪切應(yīng)力對(duì)煤柱的影響，從而優(yōu)化安全性能。