综采工作面跨采巷道围岩支护及矿压规律研究
2017-12-01段成海赵炎滕士军
段成海++赵炎++滕士军
摘要:随着矿井开采强度的不断增大和煤矿开采深度的不断加深,动压对巷道的影响加剧,巷道围岩变形严重,使巷道围岩难以控制,进而影响矿山生产安全。本文通过监测研究跨采巷道围岩控制技术问题,解决跨采条件下受跨采影响巷道支护难题,为底板巷道围岩支护提供理论依据。
Abstract: With the increase of mining intensity and deepening of coal mining depth, the influence of dynamic pressure on the roadway is aggravated. The surrounding rock deformation of the roadway is serious, which makes it difficult to control the surrounding rock of the roadway and thus affects the mine production safety. By monitoring and researching the technical problems surrounding rock control in cross-mining roadway, solving the problem of roadway support affected by multi-span mining in the condition of multi-mining, this study provides a theoretical basis for the surrounding rock support in the roadway.
关键词:跨采巷道;围岩控制技术;动压显现
Key words: cross-mining roadway;surrounding rock control technology;dynamic pressure display
中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)36-0129-02
0 引言
柴里煤矿袁堂井3下906东综放工作面井下位于239采区东北部,一分层于2015年12月29日开采,2016年7月22日停采。井下位于239采区东北部,北隔6-58m煤柱为23608工作面采空区,西隔49-57m煤柱为3下906④工作面采空区,南隔9m煤柱、东隔三角煤柱为23610工作面采空区。随着矿井开采强度的不断增大和煤矿开采深度的不断加深,动压对巷道的影响加剧,巷道围岩变形严重,使巷道围岩难以控制,进而影响矿山生产安全。为保证跨采巷道能够在工作面回采期间安全使用,对巷道进行加强支护,并对其进行了矿压观测。通过监测研究跨采巷道围岩控制技术问题,解决跨采条件下受跨采影响巷道支护难题,为底板巷道围岩支护提供理论依据。
工作面跨巷开采会对底板巷道产生剧烈影响,底板巷道受上部煤层开采引起的支承压力作用,不仅会在回采工作面内产生数倍于原岩应力的集中应力,而且会向底板深部岩层传递,从而对布置于其中的巷道造成较强烈的动压影响,使巷道变形急剧增大,从而使巷道的原有支护体系遭到破坏。但是为了矿井生产接替、采区优化调整、提高回采率、实现矿井连续开采等要求,现欲在巷道上方2#煤层中布置回采工作面,回采方式为跨平巷回采,该工作面与阶段运输巷的间距为40-45m,并且整个工作面在阶段运输巷的正上方,为保证巷道在工作面回采期间及回采后能够安全使用,现对巷道进行加强支护,并对支护效果进行分析。
1 巷道加强支护设计方案
1.1 顶板打锚索、锚杆、挂网
巷道顶板采用锚杆加双抗网的方式进行维护,为防止回采期间顶板掉碴伤人,人行道侧挂网,皮带侧只打锚杆、钢带不挂网。锚杆采用Φ22mm长2.2m顶锚杆,树脂药卷用量每孔S2350一卷Z2350一卷。锚杆间距1m,排距2.0m。顶网采用4.2×2.0m双抗网,顺巷布置。钢带为Φ14mm钢筋制成,长度4.0m,锚索采用现有Φ15.24mm,8m长钢绞线,钢带为14#槽钢长2.4m,组距6m,迈步布置。
1.2 两帮采用锚网支护
帮锚杆采用矩形布置,人行道帮,每排布置3根锚杆,间距1.0m,最上根帮锚杆距顶0.2m,向上倾斜15°;最下根帮锚杆向下倾斜15°,考虑到皮带里帮施工不方便,每排只布置2根锚杆,帮锚杆采用Φ22mm,2.2m全螺纹锚杆,帮网用4.0×1.1m雙抗网,顺巷布置。
1.3 回采期间采取措施
由于巷道受采动影响,在工作面采线前后一定范围内,巷道所受压力远远超过原岩应力,而单体液压支柱具有足够的支撑能力,而且能够较好的平衡矿山压力,因此在工作面采线前后150m范围内对巷道中间增设一排单体支柱,配合1.0m双楔金属铰接顶梁加强支护。
2 巷道矿压观测技术方案
为了得出巷道围岩在工作面回采过程中的变形规律和受力特征,在巷道中布置围岩力学观测站,主要观测内容包括巷道表面位移观测、锚杆(索)受力观测,并择机选取位置进行围岩松动圈测试。
本次矿压观测共布置4个测站,1号测站布置在距工作面切眼20m处,之后沿工作面回采方向每隔40m分别布置2号测站、3号测站和4号测站,每个测站布置一个观测断面,具体测站布置见图1所示。
3 巷道矿压显现分析
3.1 巷道表面位移分析
为测定巷道顶底板和两帮的相对移近量,采用十字布点法观测巷道表面位移,在整个观测期间,发现工作面开始推进时,各测点的表面位移变化较小,距离工作面远的测站表面位移基本无变化,但是随工作面回采,发现工作面前方30-40m时,测站顶底板以及两帮的相对位移开始增大,直到工作面采后20m左右巷道表面位移基本稳定。endprint
通过图2可以看出巷道顶底板的相对移近量最大为168mm,两帮的相对移近量最大为120mm。说明此位移量主要是巷道浅部围岩的剪切碎胀破坏引起的,而这一部分围岩都受支护结构的有效约束,巷道变形小且整体形状未被破坏。说明加强支护后,巷道变形得到有效控制,上部工作面的回采对巷道的影响能够得到明显降低,巷道围岩与支护结构的承載性能得到充分发挥,巷道经受采动影响后保持稳定。
3.2 锚杆(索)受力分析
为了测定锚杆(索)的受力情况,在锚杆(索)端部安装应力计,通过锚杆(索)受力监测,发现应力反应比较明显,在整观测期间,发现工作面推进时,各应力计的变化较小,但是随着工作面回采,发现工作面前方30-40m时锚杆(索)受力明显增大,直到工作面推采到测站正上方及推采过测站10m范围内锚杆(索)受力达到最大,工作面采后10m锚杆(索)受力略有减小直到稳定,锚杆(索)受力如图3、图4所示。
通过图3、图4分析可以看出,底板巷道的应力状态,与工作面前方支承压力的分布一致,在工作面超前支承压力的作用下,跨采巷道相应于跨采面前方约30-40m以及工作面采后10m的地段受压增大,但跨采面推过上述范围后,巷道就长期处于采空区的低压区内,所以,对于跨采面底板巷道应在线前后60m的范围进行加强支护。
3.3 围岩松动圈监测分析
为了观测跨采面回采前后巷道破碎程度及破碎范围,对巷道进行围岩松动圈测试,测试结果如图5、图6所示。
通过对比以上两图可以看出,未受跨采工作面影响的巷道断面松动圈范围约为0.4-0.5m,受跨采工作面影响的松动圈范围约为0.6-0.7m。说明加强支护后,上部工作面的回采对底板巷道的影响明显降低,巷道浅部围岩的碎胀破坏得到有效控制,围岩的强度和完整性得到有效提高,改善了巷道支护条件,为以后煤矿的安全生产提供可靠保障。
4 结语
通过对矿压观测数据分析,在工作面回采的过程中应特别注意采线前后各30m范围内支护情况,因为在此范围内工作面受支撑压力的影响比较明显。通过实测分析说明跨采巷道通过加强支护后能够将回采工作面对巷道的影响有效地降低,保证了巷道的正常使用和煤矿的安全生产。
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