巨厚煤层临空巷道大变形控制支护优化技术研究
2022-04-08张小宇
叶 飞,严 斌,张小宇
(陕西彬长小庄矿业有限公司,陕西 咸阳 713500)
0 引 言
放顶煤采煤方法以其掘进率低、效率高、适应性强、成本低、投人产出效果好等优点,在陕西、新疆、内蒙等地广泛应用,由于其巷道布置的特殊性,当顶板或底板岩性较差时,回采时临空侧煤巷变形量也成为了严重制约工作面正常回采的主要因素。
为了减小临空巷道变形量,国内外专家对临空巷道变形控制进行了大量研究,通过留小煤柱、加强支护等技术方法,有效控制了巷道变形量。本文针对巨厚煤层放顶煤工作面回采时临空侧巷道帮部大变形情况,充分考虑了帮部受采动影响后煤柱的变形原因及规律,采用了帮部注浆锚索、增大支护面积等措施,有效控制了巷道临空煤柱大变形。
1 工程概况
小庄矿40205工作面井下东部紧邻二盘区开拓大巷,西部紧邻西平铁路保护煤柱,南部紧邻40204采空区,北部为尚未准备的40207工作面。对应地表为塬梁沟壑地貌,标高912—1 090 m,煤层埋深约为530~710 m,煤层厚度稳定,总体为中部厚两侧薄,厚度21~25 m,平均煤厚23 m,开采煤层垂直节理发育,局部松软呈碎片状,块状为主,内生裂隙发育。工作面临空侧保护煤柱宽度45 m,40204泄水巷区域保护煤柱宽度20 m。
2 临空侧巷道原始支护方案及变形情况
2.1 原始支护方式
40205运顺为临空巷道,临空侧帮部采用锚网+异型钢带支护,锚杆采用φ22 mm×2 500 mm(抗拉强度>500 MPa),矩形布置,间排距为帮部800 mm×800 mm,网片均采用50 mm×50 mm网孔高强度聚酯纤维塑料防护网,异型钢带宽度80 mm,长度2 000 mm。每根锚杆采用3支树脂锚固剂,1支为K2335,另2支为Z2360,锚杆锚固力不小于5 t,扭矩不小于200 N。巷道临空侧原始支护方式如图1所示。
图1 巷道临空侧原始支护方式Fig.1 Original support mode of gob-side roadway
2.2 巷道变形情况及原因分析
在采动影响下,40205运顺临空侧帮部变形明显,最大变形量达1.2 m,回采侧帮部变形量约为0.4 m,导致巷道宽度不能满足正常使用。根据煤层地质条件及现场窥视分析,临空侧发生大变形的主要原因有2个方面。
(1)煤层自身裂隙发育,煤体完整性较差。由于所采煤层存在垂直节理,竖向裂隙发育,且局部较松碎,结合现场窥视结果,在采动影响下,巷道临空侧的松动圈最大覆盖范围达到3 m,导致临空侧帮部支护不能有效控制帮部的松碎煤体变形,进而造成帮部帮鼓及局部网包出现,导致临空侧帮部变形严重。
(2)临空侧煤柱受采动影响,变形增加。在回采工作面采动影响下,临空侧煤柱由于受采空区及回采工作面采动影响双重作用,导致煤柱受压变形量急剧增加。
3 支护方案优化
3.1 支护优化思路
针对临空侧煤柱变形情况及原因分析,为加强临空侧巷道变形量控制,采用增加帮部锚索、注浆锚索、更换大托盘增大支护表面积等方式加强临空侧巷道帮部支护。
(1)在巷道肩窝位置施工锚索配合大托盘,增加肩部的支护强度及支护面积,控制肩窝位置的帮鼓,避免肩窝位置形成吊包。
(2)在帮部施工注浆锚索,帮部注浆。对临空侧煤柱进行注浆加固,提高临空煤柱煤体的完整性,增强煤体自身的承载强度,控制帮部鼓包形成。
3.2 支护优化方案
临空侧帮部上部将原有锚杆支护调整为锚索支护,锚索规格为φ21.8m m×3 500 mm;在帮部顶板向下600 mm及2 200 mm位置,施工2排注浆锚索配合16号槽钢加强支护,槽钢长度2 000 mm,两边距两端200 mm开φ32孔,孔距1 600 mm,注浆锚索长度3 500 mm,注化学浆对帮部媒体进行加固。临空侧帮部支护优化方案如图2所示。
图2 临空侧帮部支护优化方案Fig.2 Optimization scheme of gob-side support
4 现场试验
通过现场及观测记录数据显示,对帮部进行加强支护后,在补强支护区域布置两组监测点,经过15 d的巷道围岩变形观测,临空侧帮部变形曲线图如图3所示。
图3 支护优化后巷道变形监测情况Fig.3 Roadway deformation after support optimization
由图3可以看出,1号监测点临空侧帮部最大变形量为400 mm,2号监测点临空侧帮部最大变形量为310 mm,监测期间前10 d巷道变形量较大,10~15 d巷道变形量明显减小,巷道变形趋于稳定。
通过对比原始巷道变形量,优化支护方式后,巷道临空侧帮部的变形量减小了800 mm,巷道变形量得到了有效控制,保证了巷道的正常使用。
5 结 论
(1)对松散围岩进行注浆加固,提高围岩的自身承载强度,能有效控制巷道围岩的变形,从而降低巷道收敛变形量。
(2)临空侧巷道加强巷道肩窝位置的支护强度及支护面积,能有效预防肩窝位置的大变形,避免肩窝松散煤体形成吊包,影响巷道断面。
(3)临空巷道围岩松动圈较大时,对围岩进行注浆加固,控制围岩松动圈扩大,能有效预防巷道大变形情况发生。