复杂条件下的综放工作面巷道加强支护技术研究

来源:用户上传      作者: 杨磊

　　摘要：本文介绍了某矿14126工作面在周围皆是采动影响下的巷道加强支护技术，在充分分析复杂的工作面外部环境的基础上，提出了具有针对性的科学化的加固技术方案，很好地解决了工作面上部14128工作面采空区和14138工作面推进等对巷道的破坏性影响。
　　关键词：复杂条件 动压巷道 加强支护 支护技术
　　1 概况
　　14126工作面位于某矿-492m水平西二采区，该面东侧为西二采区系统巷道（除西二6煤回风巷外其他均已施工完毕），南部为14136工作面，西至西风井6煤工广煤柱线，北部14116设计工作面尚未施工。该面上方为14128和14138工作面，其中14128已回采完毕，14138工作面正在回采。由于14138和14126两工作面平行布置，且14126运输顺槽外错14138工作面44m，因此14126整个运输顺槽都将处在14138工作面回采动压影响范围内，届时运顺矿压显现将会异常剧烈，为保证巷道支护安全必须要提高运顺动压影响区段支护强度。
　　14126面长1336.1m，面宽176.6m，14126工作面两巷掘进范围内煤岩层总体呈单斜构造，走向近南北、倾向近东，在构造发育附近煤岩层产状可能有一定变化。
　　6煤黑色，块状～片状，间夹亮煤条带，属半亮型煤，煤层倾角5°～12°，平均7°，煤厚2.52～5.82m，平均为3.78m，地面标高+22.7m～+26.3m，工作面标高-501m～-558m。
　　14126掘进区域范围内6煤直接顶为泥岩和煤线，厚0.5～12.42m，平均6.5m，岩性为灰色、中厚层块状，性软易碎，局部含砂，具参差状断口，见植物化石碎片，中下部常见一平均厚约0.4m的煤线；老顶为浅灰白色中粒砂岩，厚0～4.64m，平均2.0m；老底为砂质泥岩，厚0～3.7m，平均1.01m。
　　2 巷道支护的技术分析及对策
　　2.1 巷道支护技术分析 ①巷道顶板岩性相变大。由14126综采面附近钻孔资料分析可知，巷道多数区段直接顶砂质泥岩的厚度达5m以上，因此控制直接顶离层失稳的难度大。②由于14138和14126两工作面平行布置，因此14126运输顺槽受14138工作面回采动压影响范围大。③巷道在服务期间内受到多次重复采动影响，巷道围岩控制难度大，支护体与围岩共同承载作用降低。
　　2.2 巷道支护技术对策 根据14126综采面的采矿地质条件和巷道支护技术分析，在14126综采面掘进支护设计中拟采取以下技术对策：
　　2.2.1 用高强度锚杆支护系统强化巷道围岩强度。锚杆的作用是对其锚固范围内的煤体提供轴向和径向约束，轴向约束来自锚杆的轴向力，通过护表构件、杆体与孔壁间的作用力对巷道围岩施加围压，将围岩由单向双向受力状态转化为双向三向受力状态；径向约束主要表现为锚杆杆体和锚固剂所提供的抗剪能力，它增加了节理面间的摩擦力，限制了节理面的相对错动，改善了围岩弱面的力学性质，尤其高强度锚杆支护系统能够使锚固体达到极限强度后的残余内摩擦角和内聚力以及锚杆支护阻力大大提高，特别是支护阻力的提高能显著提高动压巷道围岩的残余强度和承载能力。通过预应力的作用，锚杆与其锚固范围内的煤体形成具有一定承载能力、可适应围岩变形的承载结构，从而达到提高围岩强度的目的。
　　2.2.2 加强14126综采面运输顺槽顶板支护。由于14126综采面运输顺槽在服务期间内，不仅受到本工作面回采动压影响，而且在掘进过程中还将受到其上覆14138工作面回采动压影响，巷道围岩应力环境较一般实体巷道更加复杂，巷道围岩变形量及矿压显现程度也较一般实体更加剧烈。为了减缓巷道围岩变形，必须要加强巷道顶板支护，通过顶板锚索传递巷帮支护阻力，从而达到改善巷帮受力，进而达到减少巷道底鼓目的。
　　2.2.3 采用科学的设计方法，以确定合理有效的锚索网支护参数。在煤巷锚索网支护中应用快速发展的电算技术，进行数值模拟，可以方便地改变锚杆参数，分析不同参数对围岩稳定性的影响程度及敏感性，开展多方案选优，这是一种基于数值模拟的锚杆设计方法，与初期的工程信息反馈相结合，可以获得理想的结果。
　　2.2.4 完善锚杆施工和监测技术。锚索网支护是一项隐蔽性很强的工程技术，监测技术十分重要，通过对巷道表面位移测量、顶板离层、锚杆锚索锚固力及工作载荷监测，不仅可以判断围岩的控制效果，而且根据监测围岩变形的发展情况可以及时调整支护参数。
　　3 14126两巷锚索网支护设计
　　在进行了深入、细致的现场调查与地质力学评估后，根据锚杆支护岩层形变压力理论及有限差分数值计算软件FLAC3.3，并结合工程类比法进行14126两巷锚索网支护设计。
　　3.1 顶板支护 由于14126两巷顶板岩性结构相变较大，因此应根据顶板岩性结构采用分区段设计。锚索规格原则上设计为：Φ22×6300mm，如果迎头岩性发生变化，顶板4.5m以上没有稳定岩层，则锚索长度应相应调整。
　　3.2 巷帮支护 巷帮支护包括2部分：第一部分由M5钢带（废旧皮带）和锚杆组成。轨顺：轨顺采用废旧皮带水平连接锚杆，水平布置的巷帮废旧皮带长设计为1.25m，每根废旧皮带沿水平方向连接2根锚杆，左右帮各布置4排，巷帮锚杆规格：Φ20×2200mm，锚杆材质为MG400。运顺：无动压影响区段采用废旧皮带水平连接锚杆，水平布置的巷帮废旧皮带长设计为1.25m，每根钢带沿水平方向连接2根锚杆，左右帮各布置4排，巷帮锚杆规格：Φ20×2200mm，锚杆材质为MG400。动压影响区段采用M5钢带水平连接锚杆，水平布置的M5钢带设计为1.05m，每根钢带沿水平方向连接2根锚杆，左右帮各布置5排，巷帮锚杆规格：Φ20×2500mm，锚杆材质为MG400。第二部分是10#金属网，金属网沿煤帮竖直铺设，并沿纵向搭接。搭接处用铁丝扎牢，并用钢带压茬。在断层破碎带附近及顶板淋水地段，采用U型钢架棚支护或调整锚索网支护参数。
　　4 14126两巷支护效果分析
　　为了检验支护设计的实施效果，观测人员在14126工作面轨顺进行了巷道围岩变形观测。从观测结果可知（见图1、图2），巷道围岩变形量和变形速度均较小，两帮位移量稳定后达到248mm，两帮移近速度最大为33mm /d；顶板下沉最大量仅为168mm，顶底移近速度最大为16.5mm/d，变形量及变形速度均在允许范围之内。从现场实测结果来看，巷道整体稳定性良好，巷道收敛小，非特殊情况下预估服务期限内不需再次加固。
　　5 结论
　　①文章分析了14126工作面的复杂状况，指出了其受动压危害的原因及后果十分严重。②科学地给出了两帮的支护方案以及方案的参数，并在此之前做了两帮加强支护的技术分析并给出了技术对策。③结合巷道加强支护的效果分析知：巷道整体稳定性良好，巷道收敛小，变形量及变形速度皆在允许的范围内，效果显著。
　　参考文献：
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