极近距离立交巷道交错点联合支护技术研究

殷宝昌,王 涛,孟祥阁

(1.皖北煤电集团卧龙湖煤矿, 安徽淮北市 235000;2.中国矿业大学矿业工程学院, 江苏徐州市 221008)

极近距离立交巷道交错点联合支护技术研究

殷宝昌1,王 涛1,孟祥阁2

(1.皖北煤电集团卧龙湖煤矿, 安徽淮北市 235000;2.中国矿业大学矿业工程学院, 江苏徐州市 221008)

煤矿极近距离立交巷道交错点在施工中存在技术和施工双重难度,变形破坏严重。通过对卧龙湖煤矿 105风巷沿空留巷外段与南翼轨道大巷交错点支护状况的现场调查和破坏原因分析,提出了锚网索注 +U型棚联合支护技术方案。现场观测结果表明,实施该技术方案后,巷道两帮最大移近量控制在 60 mm以内,顶底板最大移近量控制在 100 mm以内,现场工业性试验效果良好。

极近距离;立交巷道;交错点;联合支护;锚网索注;U型棚支护

为了开采地下煤炭资源,首先要开凿一系列井筒、硐室和巷道到达地下煤层,并形成工作面。随着工作面和采区的不断推进,还要及时开拓准备巷道,以保证工作面和采区的正常接替。由于矿井生产是地下作业,受自然地质条件和安全等因素的影响,巷道布置在空间上不可避免要出现交岔或交错的情况,研究此类立交巷道交错点的支护技术对矿井安全生产有重要的现实意义。

1 开采概况

根据矿井生产设计的需要,卧龙湖煤矿 105风巷沿空留巷将作为南一运输上山使用,但该沿空留巷在 105工作面回采结束 1 a后,巷道变形严重,已不能满足生产需求。105风巷沿空留巷外段与南翼轨道大巷立体交错,如图1所示。交错点原有支护方式为 U型棚支护,通过 105风巷沿空留巷顶板窥视孔观测可知,该巷顶板与南翼轨道大巷底板的垂直间距仅为 5 m,且顶板为泥岩,由于长期淋水导致岩体节理发育明显。

2 巷道变形破坏原因分析

(1)工作面停采引起的支承压力超过支架阻力。105风巷沿空留巷外段巷道两帮均为煤体,且距离 105工作面停采线较近,工作面停采引起的支承压力向巷道内部释放,当压力超过 U型棚的最大支护阻力时,U型棚就会产生强烈变形,主要表现为棚腿内扎,棚腿与顶梁搭接处发生严重的低阻滑移,同时有顶梁扭曲破坏,部分卡揽螺母崩断。

图1 105风巷及相关巷道平面位置

(2)巷道顶板岩性差。105风巷沿空留巷外段巷道的顶板岩性以泥岩为主,顶板淋水严重,降低了巷道围岩的强度,而且巷道顶板泥岩遇水膨胀变形,导致巷道围岩与支架的相互利用关系差,U型棚支架整体承载能力降低,支架的变形通常表现为结构性失稳。

(3)南翼轨道巷卧底影响。105风巷沿空留巷外段巷道属于极近距离立交巷道,交错点垂距仅有5 m,加之上覆南翼轨道大巷底臌严重,且一直未采取底臌治理措施,南翼轨道大巷从修护开始至今已进行了至少 3次大规模卧底,每次卧底量为 300～500 mm,多次的卧底给 105风巷沿空留巷的顶板支护带来了越来越多的支护难题。

3 支护方案设计

3.1 支护方案

针对卧龙湖矿 105风巷沿空留巷外段巷道的实际地质采矿条件,方案设计须解决以下 3个问题:(1)如何解决极近距离立交巷道的施工难题;(2)如何控制巷道的变形;(3)如何控制巷道淋水。根据以上分析,提出了锚网索注 +U型棚联合支护技术:在南翼轨道大巷底板进行注浆,既控制 105风巷沿空留巷外段顶板的淋水难题又提高了顶板的强度;采用U型棚支护提高巷道护表构件的强度;利用锚杆发挥浅部围岩的自承能力;利用锚索调动深部围岩的承载性能。巷道支护设计如图2所示。

图2 锚网索注 +U型棚联合支护示意

3.2 支护参数

支护锚杆采用Φ22 mm×3000 mm全螺纹锚杆,间排距 800 mm ×700 mm;注浆锚杆为Φ20 mm×2500 mm,壁厚 4 mm无缝钢管,间排距 1600 mm×1600 mm;锚索为Φ17.8 mm ×6500 mm1860钢绞线,每帮 3根;锚杆托盘为 150 mm ×150 mm ×10 mm的鼓型托盘,锚索托盘为 300 mm×300 mm×16 mm的平托盘;Z2350型树脂锚固剂锚固;注浆水泥采用 425#普通硅酸盐水泥;钢筋网采用Φ6圆钢,长×宽 =1800 mm ×900 mm,网幅为 120 mm ×120 mm;选用 U29型钢加工 U型棚。

3.3 施工工艺

(1)南翼轨道大巷。此段大巷刚刚进行了帮顶支护,所以结构较稳定,但是在 105风巷施工前期,必须对交错巷道的破碎围岩进行深孔预注浆,控制淋水和提高围岩强度,为 105风巷沿空留巷的顶板施工提供条件。

(2)105风巷沿空留巷。找尽顶帮活矸危岩,临时支护,刷帮挑顶至设计尺寸 (巷道净断面为宽 ×高 =4200 mm ×3200 mm),逐棚替掉原 U型钢棚,棚档背单层网,然后初喷至 U型棚内缘,顶板按间排距 800 mm×700 mm布置Φ22 mm×3000 mm型全螺纹锚杆 5根,帮部采用Φ17.8 mm×6500 mm型锚索,U型棚架设完毕后,进行复喷。

3.4 支护效果

(1)高预应力锚杆 (索)在巷道支护初期对围岩施加一个强大的主动支护力,最大限度地发挥了围岩的自承能力,有效控制了巷道变形。

(2)根据矿压观测结果可知,两帮最大移近量控制在 60 mm以内,顶底板最大移近量控制在 100 mm以内,巷道支护 80 d以后,巷道表面位移逐步趋于稳定,现场支护效果良好。

(3)由于在南翼轨道大巷提前施工了深孔注浆锚杆,控制住了 105风巷沿空留巷外段的淋水现象,为下步 105风巷沿空留巷的支护创造了施工条件。

(4)通过窥视仪进行上覆岩层的探查,围岩整体性好,无节理发育、无淋水现象。

4 结 论

(1)U型棚支架能提供较高支护阻力,锚索能发挥深部岩体的承载能力,棚 -索联合能实现两者各自的优势,达到良好的围岩控制效果;注浆既胶结了破碎围岩,又起到了控制巷道淋水的效果,解决了实际修护中施工困难的难题。锚网索注 +U型棚联合支护技术耦合了主被动支护,根据支架结构补偿原理,帮部锚索可以使U型棚支架帮部弯矩降低约50%,从而使支架的结构稳定性得到了进一步提高。

(2)垂直落差只有 5 m的极近距离立交巷道交错点修护工程在卧龙湖矿尚属首次,修护达到了预期效果。通过这次探索,为煤矿今后进行近距离立交巷道交错点施工以及修护提供了宝贵的实践经验。

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2011-06-04)

殷宝昌 (1973-),男,安徽凤台人,助理工程师,从事采煤技术管理工作。