综采工作面临空巷道围岩变形破坏特性及其控制技术研究

2018-07-30阎鑫，王威

陕西煤炭 2018年2期

阎鑫，王威

(陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西黄陵 727307)

0 引言

在工作面回采过程中，临空巷道在工作面超前支撑压力及采空区侧向支撑压力的叠加作用下，巷道围岩变形量大，断面收缩严重，支护遭到严重破坏，特别是采前掘进的临空巷道，在服务期间，受两区段工作面回采影响，变形破坏情况更为严重，这给安全生产带来严重威胁。因此，研究临空巷道采动应力分布规律，设计合理支护参数，对保障巷道围岩稳定、保证矿井安全生产具有重要的意义。

1 概述

六盘区位于北二大巷两翼，南与西一大巷相接，北邻十一、十四盘区，东接五盘区、十盘区，西部为井田边界。623进风巷位于六盘区东北部，西接北二运输大巷，南为621回风巷，北部尚未布置工作面，向东为五盘区。老顶岩性为中粒砂岩和细粒砂岩，厚度平均约11 m，中粒砂岩成分以石英为主，分选性中等，水平波状层理。细粒砂岩成分以石英、长石为主，夹黑色泥岩，层面可见白云母片，水平波状层理。中部夹泥岩包裹体，含植物化石碎片。直接顶为泥岩和粉砂岩，平均厚度7.3 m，粉砂岩主要成分为石英和长石，分选性好，致密坚硬。泥岩水平层理局部夹粉砂岩和砂质泥岩；含植物化石碎片和FeS2结核。底板为灰黑色、块状，含少量植物化石碎屑的泥岩，平均3.3 m。

2 综采面临空巷道围岩变形破坏分析

2.1 巷道开挖阶段

开挖之前，巷道围岩处于应力平衡状态，巷道掘出后围岩应力重新分配，典型巷道围岩应力分布如图1所示。巷道围岩在偏差应力作用下出现损伤扩容，但其值局限在岩石峰值极限变形量之内。

图1 巷道开挖围岩应力分布

2.2 临近工作面回采阶段

如图2所示，随着临近工作面的开采，巷道受超前支撑压力和采空区侧向支撑压力的影响，围岩发生剪切变形破坏，即围岩屈服后岩体沿破裂面的滑移、错动变形，又称为碎胀变形。此阶段巷道围岩变形速率增大，累计变形增多，巷道破坏严重，直到工作面推过一段时间后，巷道围岩变形才趋于稳定。

图2 下区段工作面回采临空巷道应力分布

2.3 本区段工作面回采阶段

如图3所示，该阶段临空巷道主要受超前支撑压力的影响，在工作面前方发生进一步的破坏变形，主要以护巷煤柱的松散破碎及巷道顶板沉降为主。

图3 本区段工作面回采临空巷道应力分布

通过上述分析可知，综采临空巷道使用期长、巷道围岩受矿山压力影响严重，使得巷道围岩变形量大，维护困难，严重影响矿井安全生产。因此，需要设计合理的支护方案和参数以达到围岩控制要求。

3 综采临空巷道围岩控制技术

3.1 确定支护方案

在整个支护体系中，锚杆通过与围岩的相互作用，起着主承载作用，同时能够防止围岩的松动破坏，并有一定的伸缩性，可随巷道变形而不失去支护能力；锚索作为加强支护方式，锚固深度大，可将下部锚杆形成的次生承载结构与主承载岩层相连，主动支护围岩，充分利用巷道深部围岩的强度；在巷道表面辅以钢带和金属网，保证锚杆预紧力均匀分布，防止锚杆间的松软岩石垮落及浅部破坏向深部扩展，提高支护的整体性。

由上述分析可以看出，锚网索联合支护是一种合理的支护方式，并非是各种支护构件的简单叠加，而是既适应了松软顶底板煤巷的变形特点，又充分发挥了锚杆、锚索的支护能力，维护了巷道围岩的稳定。因此，采用“锚杆+锚索+钢带+塑钢网”的复合主动支护方案，可保证巷道处于良好的维护状态。

3.2 支护参数

623进风巷道沿煤层底板掘进，巷道断面为矩形，掘进宽度4.6 m，掘进高度2.8 m。在支护设计时，顶板采用锚杆+锚索梁+塑钢网联合支护。顶锚杆采用φ20 mm×2 500 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每孔消耗2335型树脂3节，锚杆托盘200 mm×200 mm×12 mm，顶锚杆间排距800 mm×800 mm，“六-六”矩形布置。帮锚杆间排距700 mm×1 000 mm，“四-四”矩形布置，两帮部各增加1根2.6 m长的T140型钢带。锚索梁采用矿用T140型钢带，梁长4.2 m，排距800 mm，一梁四索，锚索采用φ17.8 mm×10 300 mm防腐钢绞线，锚深10 m，每孔消耗2370型树脂3节；全断面挂塑钢网，网孔50 mm×55 mm，具体如图4、图5所示。