煤礦掘進巷道應力區煤壁片幫治理技術研究

程保元

摘要：針對晉能控股煤業某礦中的1102運輸巷為例，其位于1101工作面東面，在上組煤帶下山北側，在其西部為實體煤，在北部切眼位置設置有一個采空區。對于1102運輸巷掘進煤層而言，其類型為石炭系3#煤層，經過勘探發現煤層的平均厚度可以達到1.13 m。在進行掘進的過程中，工程人員可以沿著3#煤層底板開始掘進，通常把巷道掘進的長度設置為495m。

關鍵詞：巷道; 煤壁片幫; 原因; 措施; 效果;

引言

在1102運輸巷道中，直接頂的成分主要包括如下兩種：第一，炭質泥巖;第二，K8砂巖混合巖層，通常平均厚度可以達到7.2 m，而對于基本定而言，其成分主要是以砂紙巖土為基礎，其厚度可以達到11.2 m。

在1102運輸巷進行掘進的過程中，選用的掘進機型號為EBZ260，當前已經完成掘進機工作560 m。由于在557 m位置時，其成巷相對較差，同時位于直墻處片幫嚴重，同時片幫深度可以達到1.2 m。此外，經過分析發現在局部位置的直墻與拱部位置出現冒漏現象。通過調用相關資料發現，巷道掘進到580到610位置時，出現四條斷層。

1 運輸巷片幫原因

1）來自于地質構造影限制，在開采的過程中1102巷在斷層的影響下出現頂板不穩定的現象，導致巷道掘進時頂板出現了縫隙現象，與此同時出現局部破碎以及斷裂問題，最終出現了應力集中的現象，這樣將會導致出現局部片幫問題。

2）支護能力不理想，該巷道巷幫支護選用1.8 m，直徑為20 mm的單錨桿支護。在巷道兩側出現應力集中的問題，因此出現了巷幫圍巖松動的現象。與此同時在拉應力的作用下，最終導致兩幫出現了位移的現象。由于可以看出，在采用單錨桿支護的過程中，錨桿錨端的支護效果不理想，長時間處于應力作用下將大大削弱錨桿預緊強度，從而導致巷幫錨桿出現失效。

3）煤巖體穩定性差。該巷道掘進煤層厚度可以達到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。由于存在應力，因此將導致在媒體與巖體結合面位置出現卸壓裂隙帶。煤體在抗壓方面相對薄弱，隨著裂紋的逐漸增加，其將會向內部逐漸發育，從而導致煤體出現破碎的現象，最終引發巷幫煤柱出現脫落，從而引發安全以及影響工程的進度的問題[2]。

2 運輸巷片幫治理

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了高度發育，與此同時裂紋寬度處于0.2 mm的范圍內，以及裂紋長度可以達到3.0 m。假如選用硅酸鹽水泥進行加固處理，不能較好地填充裂隙，因此在進行注漿時，往往需要選用高性能的無機注漿材。

2）通常情況下，高新性能無機鹽注漿材料平均厚度可以達到5μm～12μm。由于此類型的化學材料流動性相對較高，其在靜止狀態下擴展深度可以達到1.6 m。當加入外加劑的情況下，該化學材料的凝固時間通常在1.5 h以內[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到2.5 m，相應的鉆孔間距可以達到3.0 m，如圖1所示，相應的鉆孔施工在距巷道底板1.0 m。當完成鉆孔后，可以在鉆孔位置實施注漿作業，其壓力可以設定為1.5 MPa。

2.2 邁步式析架錨索支護

為了應對剪切應力對巷幫的威脅，通常可以將巷幫支護設置成為邁步式析架錨索支護。

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

2）該支護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。其中恒阻錨索長度與直徑分別為：3.5 m、21.8 mm。恒阻錨索長度為3.5 m，直徑為21.8 mm。析架拉桿長度為2.0 m。

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

4）當已經完成錨桿鉆孔后，在鉆孔中設置錨注錨索，一般可以將錨索長度設計為0.15 m。當已經布置好錨索工序后，需要在外露錨桿上面布置相應的桁架拉桿。

2.3 安裝矩形鋼棚

為了能夠有效地優化巷道頂板以及巷道的穩定性，可以在斷面應力集中環節安裝矩形鋼棚。

1）可以增加鋼棚與頂板之間的支護面積，對于1102巷而言，選用提醒雙槽剛頂梁作為頂板支護支架，其相應的參數為：槽鋼長度可以達到4.2 m，相應的寬度設置為0.15 m，那么對應的梯形頂梁寬度為0.5 m。

2）在掘進的過程中，在565 m位置設置矩形鋼棚架，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置0.2 m～0.3 m的間隙，同時選用進行水泥背板實施填充。經過架設鋼棚后，頂梁與頂板必須保證接觸嚴密，與此同時可以在相鄰的兩個鋼棚棚腿設置防倒拉桿。

3 結語

1）為了能夠有效地對巷幫煤柱進行過加固，通常可以選用高性能的無機注漿材料，經過工程實踐發現，該方式可以有效地加固巷道煤柱圍巖松動圈的破碎情況，進一步有效地提高了煤體抗壓強度，從而可以有效地優化錨桿錨固條件[5]。

2）對于巷幫煤柱支護而言，在設置了析架錨索支護后，可以有效地提高了煤柱支護的強度，同時可以產生垂直煤柱內部的作用力，有效地降低煤柱內部向外的拉應力，從而可以有效地降低巷幫的偏移量。

3）實際操作中發現井矩形鋼棚設置在巷道應力集中位置，可以極大地提高巷道圍巖的穩定性，從而有效地降低頂板垂直應力的作用，最終可以大大提高煤柱的支撐強度以及優化剪切應力對煤柱的影響，從而優化安全性能。

參考文獻

[1]徐文鵬.煤層巷道掘進工作面臨時支護裝置應用研究[J].西部探礦工程，2020（6）：22-24.

[2]王力.大斷面軟巖巷道掘進煤幫片幫防治探究[J].煤礦現代化，2020（3）：10-12.

[3]劉競，郭現偉，白冰，等.綜掘工作面幫部前探梁臨時支護結構改進工藝研究[J].煤炭工程，2017（9）：66-68.

[4]呂懷寶.巷道掘進煤壁片幫因素分析及對策研究[J].內蒙古煤炭經濟，2017（5）：35-37.

[5]賈樹寶.加強掘進巷道與相鄰綜采面交鋒處的頂板支護措施[J].能源與節能，2016（6）：90-92.

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