浅埋煤层回采巷道矿压显现与控制的研究

王永强，李志军,邢平伟，宋选民，付玉平

（太原理工大学采矿工艺研究所，山西 太原 030024）

浅埋煤层回采巷道矿压显现与控制的研究

王永强，李志军,邢平伟，宋选民，付玉平

（太原理工大学采矿工艺研究所，山西 太原 030024）

结合万利矿区寸草塔二矿3-1煤层的地质赋存状况与开采技术条件，研究了长壁工作面回采巷道矿压显现规律，评价了现有支护方案的实际支护效果；测试了巷道的围岩松动圈，积累了支护设计实测依据；并用测试巷道煤柱支承压力分布的方法，论证了护巷煤柱的整体稳定性，选择了煤柱宽度合理参数；最后采用全新的锚杆支护设计理论，提出了寸草塔二矿3-1煤层回采巷道优化支护技术参数。

巷道矿压规律；巷道矿压显现；锚杆支护

1 问题的提出

万利矿区煤层资源丰富，属于神华集团正在建设的大型现代化矿区，且多为新投产矿井。伴随着矿区内新建矿井的陆续投产，万利矿区长壁开采的安全高效围岩控制技术问题，已经提到重要的议事日程。目前，万利矿区大功率采煤机、高阻力液压支架、大功率工作面刮板运输机、胶带运输机等设备的使用，为矿区内煤炭资源的安全高效开采奠定了基础。与此同时，开采过程中长壁工作面矿压显现规律及围岩控制技术参数的选择问题、超长回采顺槽围岩变形破坏与支护方式及控制技术参数选择、巷道煤柱合理宽度的尺寸参数确定，以及矿区内骨干矿井的主采煤层采场顶底板分类和巷道围岩稳定性分类等涉及到安全开采的许多关键问题均需进行深入细致的研究工作，为工程决策提供基础资料与理论依据，才能保证万利矿区的长期可持续发展。

综上所述，万利矿区长壁综合机械化开采已在柳塔、寸草塔一矿、寸草塔二矿全面展开，后期也将在万利最大的布尔台格矿投入应用，但与其相关的一系列围岩控制关键技术问题，尚未有系统详细的观测研究和理论探索，对万利矿区长壁开采的内在客观规律性还没有深刻认识，更谈不到预先指导综采工作面的设计决策和生产实践。所以迫切要求，解决开采生产中遇到的技术难题，尽早达到为万利矿区煤炭开采生产服务的目的。

因此认为，有必要立项开展万利矿区回采巷道矿压显现与控制的研究。本文现以寸草塔二矿为例进行研究。

2 回采巷道支护中存在的问题

根据对长壁开采工作面的实践现状的详细分析，寸草塔矿3-1煤层回采巷道存在的主要问题有：寸草塔二矿3-1煤层采用长壁工作面以来，缺乏巷道矿压显现规律的系统观测和对长距离、大断面煤巷支护效果的评价；寸草塔二矿3-1煤层回采巷道的围岩应力变化规律、顶底板最大移近量锚杆支护参数等缺乏深入研究;现阶段缺乏巷道围岩松动圈测试实验，锚杆支护载荷等参数的确定采用经验类比的方法，因此，寸草塔二矿3-1煤层巷道进行的支护存在盲目性；寸草塔二矿3-1煤层回采巷道现有的支护形式及相关参数，缺乏科学客观的评价，因此现有锚杆支护的安全性和经济性难以保证。

以上问题都需进行详细的科学研究，从而提高现有回采巷道的支护水平，同时也为矿区后续煤层的开采提供参考依据。

3 试验区概况

寸草塔二矿3-1煤层工作面的煤层厚度6.15～6.74 m，均厚6.44 m，工作面老顶以细粒砂岩、砂质泥岩为主，直接顶以砂质泥岩为主，直接底为砂质泥岩为主，老底以粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主。工作面煤层底板以宽缓的波状起伏为主，倾角约为1°～3°，受断层影响局部达到7°。随着工作面推进，煤层厚度逐渐变薄，推进前方煤层总体呈上坡趋势。

4 回采巷道矿压规律与支护技术研究

4.1 研究方法

采用矿山岩石力学的理论分析和围岩松动圈范围的现场实测相结合的方法，用以获得万利矿区厚煤层长壁综采条件下的护巷煤柱宽度及回采巷道支护参数。4.2 研究内容

本课题的主要研究试验内容有：回采巷道围岩分类及相关力学性质分析；对回采巷道锚杆支护参数和煤柱尺寸进行理论分析；实测回采巷道松动圈与煤柱尺寸相关参数;整理、分析现场实测的相关数据进行。

对以上分析结果汇总，给出寸草塔二矿3-1煤层回采巷道锚杆支护与煤柱尺寸的合理参数取值范围。

4.3 实测仪器布置

首采回风顺槽的矿压监测测站及仪器安装情况，参见图1。在工作面前方的回风顺槽中，布设了巷道矿压测站，用于分析巷道稳定和支护的相关技术问题。在回采巷道中，共设置2个矿压测站。采用锚杆测力计观测锚杆的实际承受载荷，顶板离层仪监测实际锚杆支护条件下回风顺槽的岩层变形情况，钻孔液压枕观测工作面前方的支承压力显现情况，而位移测杆即可监测巷道的顶底板围岩收敛变化，同时也能配合钻孔液压枕分析巷道煤壁前方的超前影响距离。见图1。

图1 回采巷道测试仪器布置图

5结论

a.根据对寸草塔二矿3-1煤层巷道围岩力学性质分析，稳定性为III类中等稳定围岩[1]。

b.寸草塔矿3-1煤层巷道矿压实测结论。巷道锚杆载荷的观测数据分析结果表明，3-1煤层现有围岩和回采巷道断面尺寸条件下，采用预应力锚索对巷道实施补强加固支护措施后，巷道的基本支护—锚杆支护载荷稳定，支护强度足够，巷道围岩整体上趋于稳定，基本能够满足安全维护顺槽的要求。观测结果证实巷道的联合支护布置方式及其支护强度参数选择是基本合适的，巷道围岩维护是总体稳定，在完善提高的基础上可以推广应用于今后3-1煤层长壁工作面的巷道支护设计与支护实践。回采顺槽顶底移近具有平缓变化特征，顶底平均移近速度为1.25 mm/d，说明巷道顶底移近处于稳定变形阶段。两帮收敛位移变化特征是初期两帮收敛变形小，综采面采动影响期间收敛变形显著，且比顶底板移近变形大，主要原因是两帮无锚杆维护。通过对回采巷道围岩位移的观测结果进行分析，证明锚杆支护的技术参数是可行的[2]。

c.寸草塔矿3-1煤层巷道煤柱宽度的合理参数：经计算分析长壁开采条件下，20 m为合理的巷道煤柱宽度。这个宽度和巷道煤柱初步设计参数一致[3]。实测表明寸草塔矿3-1煤层超前采动影响距离为10 m～15 m，根据这一数据今后3-1煤层回采巷道的超前支护距离可按15 m设计，以减少支护工作量与支护时间。

d.寸草塔矿3-1煤层巷道锚杆支护的优化参数[7]：巷道基本支护-锚杆支护参数:顶板采用锚杆+菱形金属网+钢筋梁+锚索的联合支护形式，两帮不支护。巷道顶板锚杆支护参数为：锚杆间排距0.8 m×1.0 m，采用矩形布置,每排5根锚杆，锚杆规格Φ18 mm×l 800 mm，材质普通A3圆钢，采用Z23350树脂药卷1卷。钢筋梁由Φ16 mm钢筋焊接而成，规格为3.5 m×150 mm。菱形金属网选用10号丝金属网，网孔规格50 mm×50 mm，网片的尺寸规格为4000 mm×2000 mm。巷道锚索支护设计参数：巷道采用索孔为Φ23 mm的1～7Φ15.24mm锚索，巷道中按照排距3 m、间距2 m的格式每排布置2根锚索；采用6.5 m锚索，锚索外露0.2 m；选用Z23500树脂锚固剂，每孔3卷。

寸草塔矿3-1煤层回采巷道矿压规律与锚杆支护技术的研究成果，对万利矿区类似地质条件下完善其回采巷道围岩的安全控制技术，提高支护设计水平，具有重要的工程实用价值和理论指导。

[1]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，1996.

[2]陈炎光，钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，1997.

[3]宋选民，王安.浅埋煤层回采巷道合理煤柱宽度的实测研究[J].太原理工大学学报，2003.

[4]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制（第二版）[M].北京：煤炭工业出版社，1994.

[5]王果，宋选民.缓倾斜煤层巷道围岩稳定性分类与锚杆支护设计决策系统研究[J].山西煤炭，2006.

[6]钱鸣高，缪协兴.采场关键层理论研究[J].煤炭学报，1997.

[7]宋选民《万利矿区长壁工作面矿压显现规律及围岩控制关键技术研究》项目报告[R].太原，太原理工大学，2008.

[8]杜善周.回采巷道矿压规律与锚杆支护技术研究[J].煤炭工程，2006.

[9]任水泉.康家滩矿8号煤层回采巷道的支护优化[J].陕西煤炭,2006.

[10]赵俊辉,武瑞叶，常兴华，等.神东矿区回采巷道锚杆支护参数确定[J].陕西煤炭,2003.

Coal Roadway Pressure Behaviop And Control Research of Shallow Coal Seam

Wang yong-qiang,LI Zhi-jun,XING Ping-wei,SONG Xuan-min,FU Yu-ping
（Institute of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Combined of the geological conditions of occurrence and exploitation of technology in Cuncaota No.2 mine,a detailed study of the long-wall mining roadway face pressure behavior laws is done,and the evaluation of the existing support programs and actual results is made;the support pressure distribution is tested to demonstrate the stability,of the roadway,to choose resonable coal pillan width,and to put forward optimized support parameters.

roadway rock pressure law;mine roadway pressure behavior;bolting

TD322

A

1672-5050（2010）02-0035-03

2009-11-18

王永强（1983—），男，山东潍坊人，在读硕士研究生，从事采矿力学研究。

刘新光