三軟煤層孤島工作面沿空巷道圍巖控制技術(shù)研究.pdf

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1、2014年第39卷第4期能源技術(shù)與管理V01．39No．4EnergyTechnologyandManagement69doi：10．39690．issn．1672-9943．2014．04．027三襖煤層孤島工作面沿窯巷．遭圍巖控制技術(shù)研究何小軍(河南省新鄭煤電有限責(zé)任公司，河南鄭州450000)[摘要]某礦21101工作面沿空掘巷機(jī)巷原采取4m窄煤柱護(hù)巷，36U型鋼支架支護(hù)，巷道掘出不久即嚴(yán)重變形?；谘乜站蛳锷细矌r體大小結(jié)構(gòu)模型分析了沿空巷道圍巖控制原理，理論計(jì)算結(jié)合數(shù)值模擬分析確定了煤柱留設(shè)寬度為6m，對新型棚一索協(xié)同支護(hù)效果進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明留設(shè)合理尺

2、寸的窄煤柱，采用棚一索協(xié)同支護(hù)，能較好控制三軟煤層工作面沿空巷道的強(qiáng)烈變形。[關(guān)鍵詞]三軟煤層；孤島工作面；沿空巷道；窄煤柱；數(shù)值模擬；棚索協(xié)同支護(hù)[中圖分類號]TD822+．3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]1672-9943(2014)04O693面回采后基本頂在本工作面煤壁里面斷裂形成弧0引言形三角塊B，與巖塊A、巖體C相互咬合，形成鉸某礦21101工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，其兩回接結(jié)構(gòu)，如圖1所示。塊體A、B、c為上覆巖體大采巷道設(shè)計(jì)均采用沿空掘巷，留設(shè)4m窄煤柱護(hù)結(jié)構(gòu)，其中對掘巷穩(wěn)定性影響最大的是老頂?shù)幕∠铩?1101工作面機(jī)巷采用36U型鋼支架支護(hù)，棚形三角塊B，

3、為關(guān)鍵巖塊，巖塊B在上區(qū)段回采時(shí)距500mm。采用上述支護(hù)方式后，巷道掘出不到就要受到上區(qū)段上覆巖層運(yùn)動(dòng)的影響，而掘巷及1個(gè)月即嚴(yán)重變形。主要表現(xiàn)為：①巷道變形嚴(yán)巷道整個(gè)服務(wù)期間，又要受到本工作面上覆巖層重，且呈現(xiàn)非對稱性、非線性變形；②巷道頂板下運(yùn)動(dòng)的影響，關(guān)鍵巖塊B對沿空掘巷的影響貫穿沉嚴(yán)重，出現(xiàn)拱頂被壓平；③巷道兩幫顯著內(nèi)移，了始終?。尤其是靠近采空區(qū)一側(cè)，棚腿基本被壓直甚至內(nèi)移；④巷道底鼓及支架鉆底嚴(yán)重，巷道底鼓量普遍較大，導(dǎo)致巷道凈高普遍不足3m，局部甚至不足2m。因此，亟需對該礦三軟煤層孤島工作面沿空巷道圍巖控制技術(shù)進(jìn)行研究。1工程概況圖1孤島工作面。沿空

4、掘巷上覆巖層大小結(jié)構(gòu)模型某礦孤島工作面沿空巷道平均埋深370m，在一定開采條件下，窄煤柱沿空巷道圍巖穩(wěn)煤層為二煤，煤層厚度沿走向起伏變化大，煤層定性受巷道圍巖應(yīng)力演化規(guī)律影響，主要取決于平均厚5．5m，煤層傾角08o，結(jié)構(gòu)簡單，煤體強(qiáng)上覆巖層大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。沿空巷道位于支承壓度低，普氏系數(shù)為0．5左右。煤層偽頂發(fā)育，直接力降低區(qū)，掘進(jìn)壓力不高，掘巷后圍巖應(yīng)力場重新頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚3．813'1，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)分布，但是窄煤柱沒完全破壞，能夠承受掘進(jìn)過程育，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，單軸抗壓強(qiáng)度在10～20MPa之中應(yīng)力變化，支護(hù)難度沒有顯著加大[2_。采動(dòng)影響間；直接底為泥巖

5、，平均厚5．92m，底板巖層的抗階段，孤島沿空巷道變形主要受基本頂巖層回轉(zhuǎn)壓強(qiáng)度很低，單軸抗壓強(qiáng)度o-≤3MPa，該孤島煤下沉影,mE，采空區(qū)基本頂巖層產(chǎn)生新的破斷，關(guān)柱沿空巷道為典型的三軟煤層巷道。鍵塊B處于不穩(wěn)定狀態(tài)，巷道圍巖變形量較大，2沿空掘巷圍巖控制原理在超前工作面一定范圍內(nèi)巷道圍巖的變形量隨著與工作面距離的接近而呈逐步增大趨勢，如圖22．1沿空掘巷上覆巖體大小結(jié)構(gòu)模型所示。孤島工作面沿空巷道左側(cè)為將要開采的孤島采動(dòng)影響階段由于各巖塊間的支承條件并沒工作面，右側(cè)為上區(qū)段工作面采空區(qū)，上區(qū)段工作有改變，仍會(huì)保持相對的平衡狀態(tài)，大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定2014年第39卷第4

6、期能源技術(shù)與管理V01．39No．4EnergyTechnologyandManagement71固約束措施也難以維持其整體性，很容易被壓垮，4掘進(jìn)和回采期間礦壓觀測同時(shí)當(dāng)采用錨索支護(hù)時(shí)，過小的煤柱也不利于錨索的安設(shè)。結(jié)合煤柱最小合理寬度的理論計(jì)算結(jié)為驗(yàn)證21101工作面軌道巷支護(hù)設(shè)計(jì)的合理果在5．8O～7．68m之間，煤柱寬度選取6m。性，對巷道設(shè)置觀測站，對巷道掘出以及回采階段的表面位移、頂板離層進(jìn)行了長達(dá)8個(gè)月的現(xiàn)場3三軟煤層孤島面沿空巷道支護(hù)方案觀測。掘進(jìn)穩(wěn)定階段巷道兩幫為81mm，回采期間以u型鋼支架為基本支護(hù)，采用預(yù)應(yīng)力錨索最大達(dá)到了390ram；頂?shù)紫鄬?/p>

7、移近量在掘進(jìn)穩(wěn)定強(qiáng)化U型鋼支架支護(hù)承載結(jié)構(gòu)，錨索利用深部穩(wěn)階段為76mm，回采期間達(dá)到了275mm；頂板離定巖體的承載能力，提供支護(hù)阻力，對u型鋼棚層量在掘進(jìn)穩(wěn)定階段最大為12mm，回采期間達(dá)支護(hù)薄弱部位進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，實(shí)現(xiàn)棚一索協(xié)同支到了40mm。護(hù)，從而提高支護(hù)整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性。該方案的技而21101工作面機(jī)巷在僅采取U36支護(hù)巷術(shù)核心是：采用具有高阻可縮特性的36U型鋼支道時(shí)觀測數(shù)據(jù)分別是：掘進(jìn)穩(wěn)定階段巷道兩幫為架作為基本支護(hù)，利用其提供較高支護(hù)阻力，控制131mm，回采期間最大達(dá)到了890ram；頂?shù)紫鄬浫趺后w產(chǎn)生的塑性流變。u型鋼支架搭接部