跨采巷道围岩变形分析

2018-05-18刘潮

机械管理开发 2018年4期

刘潮

（山西汾西矿业集团安监局，山西介休 032000）

1 工程概况

某矿21盘区的辅助巷道布置于煤层底板，距底板距离为10～30 m范围内，巷道围岩主要以砂岩、砂质泥岩等为主，主要体现为围岩松软易风化，遇水膨胀等特性。2114工作面地面标高+825.0～+1 019.2 m，四煤层埋深380.0～570 m。从资料得知，2114工作面要跨21盘区总回风平巷、轨道下山和皮带下山三条主要巷道开采，其位置关系如图1所示。

图1 2114工作面与加固巷道位置关系平面图

2114工作面开采的四煤层与21区总回风平巷间距在10.9～19.2 m之间，与轨道、皮带下山层间距在12.2～27.3 m之间。

由资料可知，21区总回风平巷、轨道下山、皮带下山三条巷道围岩为中、细粒砂岩，砂质泥岩，粘土岩。围岩的岩性复杂，泥岩、砂岩互层，且具有见水软化、膨胀等软岩特性。另外通过井下实地察看巷道变形情况和查阅相关地质资料，矿区具有相当大的水平应力[1]。

2114工作面位于21采区第一分段东翼，北为1384工作面（已回采），南为2134工作面（已回采），西为2124工作面（未布置），东为原2114工作面（已回采），该工作面煤层埋深为472.3～574.2 m。2114工作面开采煤层为四煤层，厚度为0.8～2.5 m，平均为2 m。工作面煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况表

2 巷道支护

2.1 轨道下山

轨道下山为直墙半圆拱形巷道，净宽3 600 mm，净高3 400 mm，净断面积10.85 m2，原支护方式为锚网索喷支护。具体为：巷道顶板及两帮均采用直径为16 mm、长为2 000 mm的普通螺纹钢锚杆，压3 200 mm×1 700 mm金属网支护，锚杆间排距为750 mm×750 mm；巷道顶板布置三排锚索，间排距为1 500 mm×3 000 mm，锚索规格为Ф15.50 mm×6 000 mm；采用水泥、石粉、速凝剂做喷浆材料，且喷层厚度为100 mm；在下山与底板道间距小于10 m时，在采用锚网喷、锚索的基础上，同时采用钢骨架进行联合支护[2]。

2.2 皮带下山

皮带下山为直墙半圆拱形巷道，净宽3 600 mm，净高3 000 mm，净断面积9.41 m2，原支护方式为锚网索喷支护。具体为：巷道顶板及两帮均采用直径为18 mm、长为2 000 mm的普通螺纹钢锚杆，金属网余锚喷支护参数与尺寸均与轨道下山巷道支护一致。

2.3 总风平巷

总风平巷为直墙半圆拱形巷道，净宽4 260 mm，净高3 384 mm，净断面积11.39 m2，原支护方式为锚网索喷支护。具体为：巷道顶板及两帮均采用直径为18 mm、长为2 200 mm的普通螺纹钢锚杆，金属网余锚喷支护参数与尺寸均与轨道下山巷道支护一致。

3 巷道支护现状

21区准备巷道经历过多次维修加固，其上方的2号煤层已经回采完毕，经历了较大的采动影响，且2号煤层在回采时留有煤柱，因此处于煤柱下方的巷道处于应力集中影响范围之内，围岩变形严重。通过现场观察和资料研究，加固巷道的支护现状和变形情况如下，如图2所示。

1）21区总风上平巷AB1段原采用锚网喷支护，此段受2112工作面开采所留煤柱的影响巷道变形严重，巷道两帮收敛导致尖顶性破坏，冒顶也比较严重；B1C段原采用锚网喷及发碹支护，目前此段巷道情况良好[3]。

2）21区轨道下山一甩车场以上地段原采用锚网喷及发碹支护，局部地段受2号煤层所留区段煤柱的影响，顶板破碎并有冒顶现象；甩车场以下地段采用锚网喷及发碹支护，此段巷道情况良好；一甩车场采用锚网喷及锚索支护，由于受2112工作面开采所留煤柱的影响，局部地方鼓底严重。

3）21皮带下山DE段采用锚注支护，目前情况较好；EF段采用发碹和锚网喷支护，局部地段受2号煤层所留区段煤柱的影响，顶板破碎冒顶并采用U型钢棚和木棚支护。

图2 加固巷道分段图

4 跨采动压巷道围岩稳定性的影响分析

影响跨采动压巷道围岩稳定性的因素可分为两大类，即巷道围岩地质条件和煤层开采方法。巷道围岩地质条件主要包括煤岩体力学性质、地质构造、开采深度、煤层开采厚度、煤层倾角、水文地质；煤层开采方法主要有成巷时间、巷道布置和巷道维护方式。根据现场察看和对地质资料分析，影响白皎煤矿巷道加固的主要因素如下[4]：

4.1 巷道围岩条件

1）高应力软岩水平应力大，高构造应力，强流变，强膨胀。适当可控让压，辅助支护加强护表面积。

2）复合顶板砂岩、泥岩互层强度低，易发生离层，破碎。初期需加大锚杆预应力，增加锚杆预应力范围。

4.2 松动圈

从现场了解的情况看，部分巷道变形严重，围岩松动圈扩大。初步建议加长锚杆锚固范围。

4.3 2114工作面采动

2114工作面开采对巷道影响在于回采扰动破坏巷道围岩应力平衡和工作面超前压力对巷道的施加作用。应对措施是通过围岩和支护体可控形变自动调节应力分布，建议使用高强预应力让均压锚杆。

4.4 煤柱应力

开采过程中所留设的煤柱，受两侧或多侧采空的影响而产生应力叠加，会形成较高的煤柱支撑压力，大煤柱的压力集中系数能达到3～4，小煤柱的压力集中系数能达到4～6。上层遗留的煤柱还会向下传递集中压力，影响深度可达百米以上。因此，在煤柱下方的巷道处于应力集中区内。加固范围内21区准备巷道与2号煤层间距20～40 m之间，其中2号煤层在开采时留下两段煤柱，一部分区段煤柱，一部分是2112工作面内煤柱，从现场观测看这两段煤柱均对处于应力集中影响区的巷道产生了一定的影响，其中受2112工作面所留煤柱的影响，处于应力集中影响区的回风平巷局部地段和轨道下山甩车场巷道变形较严重，属于重点加固的范围[5]。