孤島綜放工作面回采巷道圍巖控制技術(shù)研究

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1、孤島綜放工作面回采巷道圍巖控制技術(shù)研究李文忠山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司±礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院摘要：基于伯方煤礦3205孤島綜放工作面工程地質(zhì)條件，研宄了孤島工作面覆巖應(yīng)力以及位移分布特征，提出回釆巷道加強(qiáng)支護(hù)方案。孤島工作面上方的巖層中垂直應(yīng)力峰值是原始（垂直）地應(yīng)力的2倍以上，在孤島工作面推進(jìn)過程中，冋采巷道超前支承壓力峰值是常規(guī)工作面的1.21.7倍，加劇丫巷道支護(hù)難度。采用極限平衡理論，提出加強(qiáng)支護(hù)方案，使孤島工作而回采巷道頂板平均變形量減少約65%，巷道兩幫平均變形量減少約60%，有效控制了巷道圍巖變形。關(guān)鍵詞：孤島工作面;超前支承壓

2、力;加強(qiáng)支護(hù);圍巖控制;作者簡(jiǎn)介：李文忠（1974-）,男，工程師，畢業(yè)于大同煤校采煤專業(yè)，以后又獲得采礦工程學(xué)士學(xué)位，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。收稿日期：2017-10-23Received：2017-10—230引言煤炭開采過程中，為避免生產(chǎn)和接替工作面之間的干擾，有時(shí)會(huì)采用跳采的方式進(jìn)行工作面的接替，這樣就會(huì)在采區(qū)內(nèi)形成孤島工作面。在孤島工作面煤層內(nèi)會(huì)形成應(yīng)力集中區(qū)，工作面垂直應(yīng)力明顯增大，巷道支護(hù)難度顯著增加，給礦井的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅。因此，研究孤島工作面上覆巖層應(yīng)力分布特征以及回采巷道加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)對(duì)煤礦安全開采具有重大意義。近年來，盡管巷道

3、支護(hù)技術(shù)與管理水平有很大提高，孤島工作面的安全開采問題依然是采礦界廣大學(xué)者的研究課題之一［1-2］。王宏偉等［3-4］研究了唐山礦孤島工作面巷道頂板受工作面動(dòng)壓影響劇烈的范圍，揭示了工作面前方能量釋放的激增機(jī)制，介紹了壓力預(yù)警防治措施。曹安業(yè)等m以鮑店礦103±05孤島工作面為竹景，分析了厚硬巖層下孤島工作面開采覆巖空間結(jié)構(gòu)及其破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)礦震活動(dòng)的影響。馮宇等M分析了孤島工作面頂板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力傳遞機(jī)制，提出支承壓力估算方法。張煒等in通過探究孤島工作面沿空掘巷超前支承壓力分布特征，揭示Y孤島工作面窄煤柱沿空掘巷圍巖控制機(jī)理。陳曉祥等M棊于五陽煤礦7603孤島工

4、作面工程地質(zhì)概況，運(yùn)用變形力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)化原理提出新的支護(hù)方案，巷道圍巖得到了有效控制。孤島工作面的高應(yīng)力環(huán)境是威脅煤礦生產(chǎn)安全的主要因素，因此，增加回采巷道支護(hù)強(qiáng)度是控制巷道圍巖變形的有效手段。本文基于怕方煤礦工程地質(zhì)條件，采用極限平衡理論，計(jì)算出/回采巷道的合理支護(hù)參數(shù)，并通過數(shù)值模擬分析巷道圍巖應(yīng)力分布特征，提出孤島工作而回采巷道加強(qiáng)支護(hù)方案。該研宂成果可為孤島綜放工作面IH］采巷道圍巖控制技術(shù)提供借鑒。1工程地質(zhì)概況伯方煤礦現(xiàn)開采位于山西組下部的3煤層。3205孤島工作面位于井田屮部二盤區(qū)，北部為3207回采工作面，東部為二盤區(qū)大巷，南部為3203工作面

5、采空區(qū)，丙側(cè)為設(shè)計(jì)三盤區(qū)工作面（實(shí)體煤），工作面相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。3205孤島工作面長度為176m,工作面埋深約370m。根據(jù)鉆孔資料，工作面煤層平均厚度為6m,工作面采高2.7m，采放比為1:1.22。煤層傾角3°?9°,煤層節(jié)理屮等發(fā)育。煤層直接頂為灰黑色泥巖，平均厚度1.21m;老頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.5m;偽底為黑灰色砂質(zhì)泥巖，平均厚度0.48m;直接底為黑灰色細(xì)砂巖，平均厚度1.6m;老底為灰黑色砂質(zhì)泥巖，平均厚度4.32m。2巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)2.1極限平衡區(qū)深入圍巖的深度采用非閼形巷道的閼形標(biāo)準(zhǔn)化法來確定巷道理論半徑a，即:a=m

6、ink，ry}式中:n為巷道當(dāng)量半徑，為巷道外接圓半徑，m。當(dāng)考慮采動(dòng)影響時(shí)巷道周邊極限平衡區(qū)半徑W為：（K1y//+K2C.cotp）（卜sin（p）式屮:If為考慮采動(dòng)影響時(shí)巷道周邊極限平衡區(qū)半徑，為采動(dòng)影響系數(shù)；y為上覆巖層平均體積力，kN/m;Il為巷道埋深，miPi為支護(hù)阻力，MPa;a為巷道理論半徑，m;C為黏結(jié)力，MPa;*為內(nèi)摩擦角，（°）;K2為煤巖體力學(xué)參數(shù)修正系數(shù)；X為側(cè)壓系數(shù)。則根據(jù)式（1）、（2）可確定極限平衡區(qū)深入巷道圍巖的深度A為：W_a2.2錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)錨桿長度為:式中:U為錨桿錨固段長度，m;A為極限平衡區(qū)深入圍巖的

7、深度，m;L3為錨桿外露長度，m。需要支護(hù)加固的最大載荷密度％為：q(Fn(Rf-K)y式中:qfl為最大載荷密度，MPa;丫為極限平衡區(qū)煤或巖石的體積力，取25kN/m;n為荷載備用系數(shù);h為矩形巷道的半高，ni。錨桿直徑為：式中:D為錨桿直徑，mm;[o]為桿體材料的許用強(qiáng)度，MPa;S為錨桿的維護(hù)面積，mo錨桿間排距由每根錨桿懸吊的巖石重量確定，即錨桿懸吊的巖石重量等于錨桿的錨固力，錨桿按等距排列計(jì)算，即間、排距相等，設(shè)為1。貝IJ1/21—D(I2.3錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)錨索長度為:Lf=L,+Amax+￡式中:1?為錨索長度，m;U為堅(jiān)硬巖層內(nèi)的錨

8、M段長度，m;A?ax為受采動(dòng)影響吋極限平衡區(qū)深入圍