下伏高应力巷道支护体系受力分析探究

2019-04-09冯建文

山东煤炭科技 2019年3期

冯建文

（山西晋煤集团，山西晋城 048006）

1 概况

凤凰山矿主要开采15#煤，在开采过程中，巷道由于受到周边已回采工作面遗留煤柱的影响，受影响区段巷道维护以补强支护为主，但维护中缺乏必要的支护理论依据，不能科学制定修巷、护巷方案，对下一步工作面设计及施工影响较大。因此，需要对目前正在回采的154313工作面进行矿压规律观测，为巷道的布置支护准备数据资料。

2 具体研究内容

该项目主要在九盘区选择合理地点进行地应力测试，通过研究确定在3#煤煤柱集中应力影响下凤凰山矿15#煤巷道与上覆3#煤煤柱的合理间距，避免凤凰山矿15#煤巷道受上覆3#煤煤柱集中应力的影响，确定15#煤采煤工作面的合理布置方式，提高资源回收率。主要内容如下：

（1）全程跟踪监测工作面矿压，其中包括工作面支架阻力、工作面支承压力分布、巷道变形等内容；

（2）确定利用矿井现有支护材料下的154315工作面两条顺槽巷道、154101西巷、154102西巷、154103西巷合理支护设计及特殊地质条件下的支护设计方案；保证巷道掘进期间的两帮位移量不大于200mm，底鼓量不大于200mm；

（3）确定154315采煤工作面设计，并监测工作面矿压规律，监测包括工作面支架阻力、工作面支承压力分布、巷道变形，监测范围为工作面回采500m；保证巷道在工作面回采期间的两帮位移量不大于200mm，底鼓量不大于200mm；

（4）对试验巷道进行矿压观测并进行数据分析，根据现场反馈及矿压监测分析，优化初始设计，对比分析新支护参数与原支护的区别，分析其先进性和合理性。

（5）确定15#煤采煤工作面在受上覆3#煤煤柱集中应力影响下的支架受力特性。

3 研究试验方法

3.1 现场观测及分析

（1）建立和完善矿压实时监测系统，全程跟踪工作面回采，进行顶板状态、矿山压力、煤体应力等方面的现场观测，确定初次来压及支承压力分布等基础参数[1]；

（2）工作面在经过3#煤柱区域前后的矿压显现特征，以及顶底板的变形规律状况；

（3）在工作面超前区域内的单体柱上安装单体支柱压力记录仪，连续记录工作面回采过程中单体支柱压力变化规律；

（4）在1543133巷中向煤体侧布置矿用应力检测仪，从而观测工作面的侧向支承压力。

3.2 实验室数值及相似模拟

（1）建立采场围岩力学结构模型，模拟3#煤层煤柱对154313工作面的矿压显现影响规律，进行综采工作面支架围岩相互作用关系分析；

（2）采用试验方法对现场3#煤层煤柱对154313工作面正常推进过程中矿压显现规律影响进行分析，并结合现场测量进行研究；

（3）现场对九盘区进行地应力测试试验，从而得出九盘区地应力值。

3.3 理论分析

理论分析是在现场观测及实验室试验的基础上进行更深入的分析和总结，其内容主要包括：

（1）通过现场观测与理论研究相结合，对工作面超前支承压力进行分析研究；

（2）结合现场巷道变形观测以及实验室数值模拟，分析3#煤层遗留煤柱对154313工作面的影响；

（3）对现场工作面超前支承压力和侧向支承压力进行观测、处理、分析。

4 现场实施

154313工作面切眼净断面规格为5.9m×2.2m，锚-索网联合支护，长度为200m。工作面一次采全高，设计采高为1.3m，设计循环进度0.6m。巷道支护方式如图1所示。

在施工过程中遇地质构造、顶板裂隙等情况及时缩小锚杆排距至0.8～1.0m，锚索排距相应缩小为2.4～3m或采用双排锚索进行支护，情况严重时另行制定措施；帮部起锚高度超过1m时，补打一根单体锚杆进行支护。

按照项目的计划，每两周下井对液压支架测力计采集一次数据，分别对不同测区所测得的支架数据进行分析处理[2]。

现场测点布置主要考虑1543132巷与1543133巷巷道变形对比，计划在1543133巷选择4个测站，分别位于正常区域、与遗留煤柱交叉前后区域、与遗留煤柱重合区域，这三个区域布置测站对巷道变形进行观测，不同区域内巷道变形量的对比差异能够反映出上部遗留煤柱的影响范围。1543132巷完全处于上部已回采工作面采空区的下方，在1543132巷同样布置4个测站，使其与1543133巷位置大致相同，能够与1543133巷巷道变形进行对比分析，可以分析出上部遗留煤柱对工作面顺槽变形的影响。整理支架工作阻力实时监测数据如图2所示。

图2 支架工作阻力实时监测图

在观测过程中，支架活柱下缩量及载荷增量基本都保持在较为稳定的水平范围内，且基本都表现出了后柱略大于前柱的趋势，支架阻力虽然未表现出明显的“周期来压”特性，但是从其最大值可以看出，工作面支架最大阻力小于额定工作阻力8000kN，说明额定工作阻力为8000kN的支架工作阻力富余量选型合理，能够满足顶板维护要求，较好地发挥其工作性能。对于本身就难以垮落的坚硬顶板而言，又大大限制了厚硬顶板的回转下沉，进而造成了顶板的周期来压特性不明显，呈现出了“居高不下”的缓慢下沉特性。