复杂条件下沿空掘巷矿压规律及支护方案研究

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  摘要:刘庄煤矿131303工作面轨道顺槽采取采掘同向、相向方式分段沿空掘巷掘进,通过对巷道变形特征、支护对策进行系统研究,分析了不同压实期下沿空掘巷矿压显现规律及支护可行性。研究发现:上区段采空区压实期影响沿空掘巷矿压显现程度,压实期越短,矿压显现越明显,围岩变化越剧烈,支护强度需增强,当压实期超過8个月后,巷道掘进期间仅受掘进扰动及采空区侧向压力重新分布影响。
  关键词:沿空掘巷;压实期;矿压显现;巷道支护
  引言
  井工开采中沿空掘巷是重要的掘进方式,沿空掘巷施工比较简单,在选取合理尺寸的护巷煤柱后,采空区不需要充填体,降低了巷道的维护费用,更便于在煤矿内大范围推广[1~7]。但在单翼开采时,按照以往的接替方式,可能会造成工作面接替紧张,甚至造成停产。为了解决接续紧张局面,刘庄煤矿提出在不同压实期下,采掘同向及采掘相向分段掘进巷道[8~11]。因此,研究此种掘进方式的围岩应力变化规律及支护可行性,探究深井开采采空区压实期对巷道的具体影响,确保巷道在临近工作面回采及巷道掘进扰动影响下的稳定性,在保证工作面正常接替、安全生产方面具有重要意义。
  1 矿井及工作面概况
  刘庄煤矿位于安徽省阜陽市颍上县北部,淮南煤田西南部,井田东起F5断层,西迄F12断层,南以F1断层及上部可采煤层17-1煤-1000m水平地面投影线为界,北至1煤层露头,东西走向长16km,南北宽3.5~8km。矿井采用立井、主要石门、集中大巷、分区开拓的开拓方式,一水平标高-762m,主要可采煤层为13-1、11-2、8、5、1煤,煤层累厚为19.85m,走向(倾向)长壁布置工作面。13-1煤直接顶板岩性以泥岩为主,局部为砂质泥岩、细砂岩。老顶为细砂岩,灰白色~深灰色,块状,致密,较硬,局部含砂量减少,成份以石英成分为主,长石次之,夹薄层泥质条带,自西向东砂岩逐渐变薄,平均厚11.0m。131303工作面轨顺与相邻采空区位置关系如图1所示。
  131303轨道顺槽断面形状为三心拱型,设计宽度5000mm,高度4000mm,直墙段高2300mm,采用锚网索支护,采空区侧底板向上至1800mm范围内,三排支护锚杆配合使用M5钢带补强支护,采空区侧两排支护锚索配合使用M5钢带补强支护。
  2 矿压监测手段及矿压分析
  2.1矿压监测手段布置方式及观测要求
  2.1.1顶板离层仪安装及观测要求
  1)安装要求。顶板完整时,顶板离层仪安装间距为50~70m,顶板破碎时为30~50m。
  2)观测要求。距掘进工作面50m内,观测频度每天不少于一次。在此范围以外,除离层有明显增长,顶板离层仪的观测频度为每周一次;对顶板不稳定、压力较大处的顶板离层仪需每天一观测;离层仪超限按要求加固后,连续观测不少于3天,离层无明显增长后恢复观测周期。
  2.1.2巷道表面位移测站布置及观测要求
  1)布置要求。位移点的布置间距参照顶板离层仪安装间距,对相应每个离层仪处用“十字”线法观测巷道位移量。
  2)观测要求。每7天观测一次。压力显现明显的特殊地段加强观测频率。
  2.2位移数据分析
  由采掘同向掘进段称为131303轨道顺槽(里),采掘相向掘进段称为131303轨道顺槽(外)。131303轨道顺槽(里)共布置20处表面位移点,变化曲线如图3;131303轨道顺槽(外)共布置12处位移点,变化曲线如图4。
  由图分析,131303轨道顺槽(里)前223m段,帮部及底板相对位移较大,223m至414m位移量次之。巷道前200m为设计支护方式,帮部主要采用锚杆配合M5钢带补强支护,后期帮部调整为自底板向上1200mm、2000mm增补两路Φ21.8mm、长度4200mm的预应力钢绞线锚索,配合使用M5钢带补强支护,顶板支护锚索全部使用M5钢带补强支护,顶板破碎段及压力显现明显地段缩小锚索间排距增强顶板支护强度,从数据分析可知,补强支护后,巷道整体变形量较原支护大大减小,表明新支护可以充分发挥材料和围岩的强度,耦合效果良好,验证了新支护方式的可靠性。
  2.3综合分析
  采掘同向段护巷煤柱侧帮部位移较另一侧位移大,除特殊地段外,采掘同向掘进时帮部位移、底鼓量不超过300mm,顶板离层量均在允许范围内,且在巷道开挖一段时间后,顶板、帮部、底板位移均会趋于稳定。现场除局部地点出现肩窝兜网外,无其他矿压显现现象。
  采掘相向掘进时,巷道位移变化速度与压实期有关,压实期越短,矿压显现越明显,现场表现为顶帮锚网炸裂,部分锚杆(索)崩断,肩窝开裂,底板底鼓严重等。
  3结论
  1) 留7m窄煤柱沿空掘进巷道矿压显现程度与上区段采空区压实期相关,压实期越短,矿压显现越明显,围岩变化越剧烈,当压实期超过8个月后,沿空掘巷只受上区段侧向支撑压力重新分布影响,巷道虽有变形,但在开挖一段时间后,变形趋于稳定,帮部及底板最大位移量均在300mm左右。
  2) 探放采空区水造成探放位置附近应力重新分布,影响巷道矿压显现程度,在探放采空区水前需提前对附近巷道进行补强支护。
  3) 过上区段硐室时,硐室前后压力 (下转第页)
  (上接第页)显现较明显,需扩展补强支护范围。且考虑净煤柱尺寸,需改用可缩性U型钢棚、木托棚等被动支护方式补强。
  4) 设计支护强度基本满足充足压实期下的巷道掘进,但护巷煤柱煤体松软蠕变,锚杆支护强度稍显不足,护巷煤柱侧需使用锚索+M5钢带补强支护,顶板破碎段锚索支护需缩小间排距,并增加M5钢带补强。
  参考文献:
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  [6]管学茂,鲁雷,翟路锁,张长根,牛宏伟. 综放面沿空掘巷矿压显现规律研究[J]. 矿山压力与顶板管理,2000,01:30-31+33.
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  作者信息:
  周鹏举(1984.04),男,工程师,硕士,2007年毕业于安徽理工大学采矿工程专业,现就职于中煤新集能源股份有限公司刘庄煤矿,从事生产技术管理工作。单位地址:安徽省阜阳市颍上县古城镇刘庄煤矿。
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