臺頭煤礦3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術與試驗

馮根民

（鄉寧縣應急管理局，山西 鄉寧 042100）

我國能源賦存結構呈現富煤少油貧氣的特征，因此煤炭是我國的主要消費能源，占據能源結構的半壁江山。國民經濟的快速發展，離不開煤炭的支撐[1-2]。我國煤礦以地下井工開采為主，需要掘進大量的地下巷道，據統計我國年掘進巷道長度已經超過2 萬km，其中，70%～80%的巷道屬于動壓巷道，在相鄰工作面接替時，將存在一條巷道受鄰近工作面采動影響。受采動影響巷道圍巖應力環境復雜，易出現顯著變形，巷道圍巖維護相對困難。巷道維護的兩個要點在于煤柱寬度和支護參數的確定，適宜的煤柱寬度將巷道布置在應力環境較好的位置，避開工作面采動形成的應力峰值區；合理的支護參數則可有效形成支護結果，從而實現巷道圍巖的穩定控制[3-6]。

臺頭煤礦3206 工作面回風平巷掘進受到工作面采動影響，巷道維護相對困難。基于此，提出3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術，為類似地質條件下迎采掘進巷道圍巖控制提供技術參考。

1 概況

3206 工作面開采2#煤層，屬于三采區，工作面南與三采區下山相連，北方向為采區邊界，東方向為3204 工作面，工作面目前正在回采，西方向為實煤體，工作面埋深約650 m，如圖1 所示。3206 工作面回風平巷面臨著迎采掘進問題。3206工作面開采區域平均煤厚2.7 m，平均傾角10°。直接頂為3.0 m 的泥巖，局部薄層狀沉積，普氏系數3～4；基本頂為5.0 m 的細砂巖，泥質膠結，普氏系數5～6，穩定較好；直接底為1.7 m 的砂質泥巖，普氏系數1～2，屬軟弱巖層。根據3206 工作面采掘設備安全需求，3206 工作面回風平巷設計為矩形斷面，掘寬4.5 m，掘高3.0 m。

圖1 臺頭煤礦3206 工作面采掘示意圖

2 3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術

2.1 煤柱寬度的確定

3206 工作面回風平巷附近原巖應力16.5 MPa，基于3206 工作面回風平巷生產地質條件，采用FLAC3D數值模擬軟件模擬分析不同護巷煤柱寬度下煤柱應力及巷道變形情況，結果如圖2 和圖3。

圖2 不同護巷煤柱寬度下煤柱應力分布

圖3 不同護巷煤柱寬度下巷道變形情況

如圖2，當煤柱寬度為10 m 時，煤柱內應力呈單峰分布，應力集中系數2.0；隨著煤柱寬度的增加，煤柱內集中應力逐漸減小，且應力分布逐漸向雙峰發展，靠近采空區側應力集中程度較大；煤柱寬度為20 m，應力集中系數1.8；當煤柱寬度大于20 m 時，靠近試驗巷道煤柱內穩定核區在12 m以上，有利于巷道圍巖的穩定控制。如圖3 所示，隨著煤柱寬度的增加，巷道圍巖變形顯著減小，其中變化最明顯的是巷道底鼓。煤柱寬度為10 m 時，巷道底鼓381 mm，頂板下沉195 mm，煤柱幫位移345 mm，實煤體幫位移264 mm；煤柱寬度為20 m 時，巷道底鼓260 mm，減小幅度約31%，整體減小幅度較大，頂板下沉150 mm，煤柱幫位移51 mm，實煤體幫位移208 mm。

綜上所述，當煤柱寬度大于20 m 時，煤柱內應力分布有利于巷道圍巖控制，同時巷道圍巖變形量也顯著減小。結合試驗巷道鄰近工作面生產實際經驗，確定留設煤柱寬度為30 m。

2.2 動壓巷道圍巖控制技術

基于3206 工作面回風平巷不同護巷煤柱寬度下煤柱應力及巷道變形情況模擬分析，確定留設30 m 寬煤柱掘進3206 工作面回風平巷。設計提出3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術，具體如下：

（1）頂板采用錨桿（索）網聯合支護，錨桿采用直徑20 mm、長度2400 mm、鋼號335 的螺紋鋼錨桿，間排距800 mm×1000 mm，每排布置6 根，配套1 支CK2335（里側）、1 支K2350（外側）的錨固劑，采用14 mm 圓鋼焊接的錨梁連接，錨索采用直徑18.9 mm、長度6500 mm 的鋼絞線，間排距1600 mm×2000 mm，每排布置2 根，配套1 支CK2350（里側）、1 支K2370（外側）的錨固劑，金屬網采用6.5 mm 鋼筋焊接的方格鋼筋網搭接，規格2000 mm×1100 mm。

（2）幫部采用錨桿網聯合支護，錨桿采用直徑16 mm、長度1800 mm、鋼號235 的圓鋼錨桿，間排距800 mm×1000 mm，每排布置4 根，配套1支CK2350 的錨固劑，采用14 mm 圓鋼焊接的錨梁連接，金屬網采用6.5 mm 鋼筋焊接的方格鋼筋網搭接，規格2000 mm×1100 mm。

圖4 巷道支護斷面圖（mm）

3 圍巖控制效果分析

將提出的3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術應用于掘進支護中，同時，監測了3206 工作面回風平巷圍巖變形情況，如圖5。

圖5 3206 工作面回風平巷圍巖移近曲線

由圖5 可知，巷道變形主要集中在初掘10 d 內，該階段，巷道頂底板最大變形速度超過了40 mm/d，幫部最大變形速度超過了30 mm/d；隨著時間的推移，巷道變形速度顯著降低，在巷道掘出25 d 后，巷道頂底板和幫部變形速度降低至2 mm/d 以下。巷道掘進穩定后，頂底板累計變形量約216 mm，幫部累計變形量約149 mm。3206 工作面回風平巷圍巖變形在可控范圍內。綜上所述，3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術實現了3206 工作面回風平巷的穩定控制。

4 結論

3206 工作面回風平巷鄰近3204 工作面模擬分析了不同護巷煤柱寬度下煤柱應力及巷道變形情況，確定煤柱寬度大于20 m 時，煤柱內應力分布有利于巷道圍巖控制，巷道圍巖變形量也顯著減小。結合試驗巷道鄰近工作面生產實際經驗，確定留設煤柱寬度為30 m。基于此，設計提出了3206 工作面動壓巷道圍巖控制技術。技術應用后，巷道頂底板、幫部變形量穩定在216 mm、149 mm 左右，實現了3206 工作面回風平巷的穩定控制。