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对受二次采动影响的巷道进行有效支护的探索

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  摘要 受相邻工作面和本工作面的强烈采动影响,巷道围岩变形、破坏严重。本文结合实际条件,在原巷道采用一般的锚杆支护技术已不能满足安全、生产的要求的情况下。为了进一步改善中间巷的支护效果,决定进行墩柱支护研究。
  关键词 二次动压;巷道;支护;木垛;墩柱;研究
  中图分类号TD353 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)48-0021-02
  由于煤层、顶底板岩层较破碎、强度较低,在回采期间巷道的顶、帮和底板会出现较大的变形甚至破坏失稳。为保证巷道服务于采煤工作面生产的需要,须对此巷道进行再次加强支护。
  1 研究背景
  402巷为103、104长壁工作面的中间顺槽,巷道形状为矩形,掘进高度3.5m,掘进宽度5.5m,沿3#煤层底板掘进,与103、104工作面之间的保护煤柱净宽均为30m。掘进时采用锚网+锚索支护,104回采之前进行了加强锚固支护。由于受到比较强烈的采动影响,造成巷道围岩变形、破坏严重,需要多次维修与翻修,支护费用高,安全得不到保证。
  2 研究方法
  2.1 木垛支护试验方案
  试验巷道长度约100m,井字型木垛设在巷道中线上,排距2m,观测顶底板移近量、两帮移近量、木垛受力大小及变形状况。木垛受力大小用矿用压力盒测量。在每个木垛安装4个压力盒,压力盒上下各垫一块300mm×300mm×5mm~10mm的钢板。以便掌握木垛承载及变形性能,优化木垛支护参数。
  2.2 墩柱支护试验方案
  试验巷道长度约100m,墩柱支在巷道中线位置,间距2.0m,设置8个观测站,其中,7、8号墩柱测站为紧挨1号木垛测站的两个墩柱。墩柱性能为直径900mm,最大承载能力约200t。在每个墩柱安装4个压力盒,压力盒上下各垫一块900mm×900mm×5mm~10mm的钢板。观测内容顶底板移近量、两帮移近量、墩柱受力及变形。墩柱受力大小用矿用压力盒测量。以确定保证通风需要断面的墩柱支护参数。
  2.3 观测方法
  104开采影响不明显时,每周观测1次;104开采影响明显时,每天观测1次。
  3 观测结果分析
  从观测结果可知,主要有以下几点特征:
  1)墩柱受力普遍大于木垛受力,墩柱平均压力为木垛平均压力的2.7倍;
  2)墩柱变形微弱(根据墩柱力学性质实验曲线计算,墩柱受力100t时变形量约为19mm);
  3)木垛变形明显(平均约142mm)。木垛受力达到约20t后开始产生劈裂,木垛最大承载能力约为35t;
  4)至4月28日,墩柱支护条件下的围岩变形(顶底移近量平均为86mm,两帮移近量平均为42mm)明显小于木垛支护条件下的围岩变形(顶底移近量平均为222mm,两帮移近量平均为155mm);
  5)墩柱支护条件下底鼓现象不明显,木垛支护条件下底鼓明显;
  6)墩柱与木垛支护条件下底鼓形式不同:墩柱起到了减跨作用,底鼓发生在墩柱与巷帮之间。木垛起到了变形控制作用,底鼓仍为两帮之间的整体鼓出,木垛对其有约束减缓作用;
  7)根据102工作面开采引起的地表变形观测研究,采动影响剧烈期为工作面前方约50m至工作面后方约150m。
  根据观测数据及变化曲线,可得出主要信息汇总表,见表1。
  4 402巷矿压特征机理研究
  4.1 围岩结构特征
  长壁工作面开采后,巷围岩周围采空时,直接顶垮落,老顶断裂。老顶断裂后因直接顶充填状况以及老顶断裂块体特征的不同。可能出现老顶完全垮落甚至楔入未垮落老顶下方、老顶未完全垮落且仍与未垮落老顶有一定程度的铰接结构特征。
  4.2 围岩压力特征
  采空区形成初期,巷两侧煤柱需承担倒梯形岩体重力,随着采空区岩层活动完成以及倒梯形中两侧部分岩体断裂滑落,煤柱载荷会减小。这个过程因地质条件、开采条件的不同而不同。
  4.3 中间巷围岩变形特征
  中间巷围岩变形主要集中在底板和两帮,以挤压破碎后的似塑性鼓出变形为主,实质为挠曲断裂→剪胀→碎胀变形过程。
  5 结论
  通过现场观测并结合开采沉陷规律研究成果进行综合分析,对中间巷加强支护的方式及参数得出以下结论和建议:
  1)中间巷围岩结构在两侧工作面采动影响下呈现出复杂的变化过程,相应的围岩压力也呈现出增加→减小的变化过程;
  2)底鼓是开采造成的水平应力增高和煤柱支承压力增高共同作用的结果,巷道交叉处发生整体性冒落的危险性大;
  3)支护的成功与否,取决于对围岩压力升高过程的适应情况;
  4)现用木垛加强支护方案对大部分区域是成功的,对部分矿压显现剧烈区稍显不足,应适当调整支护参数;
  5)从试验情况判断,墩柱试验方案的支护效果良好。观测期间墩柱受力均小于屈服强度,书名支护强度偏高,大面积采用时还可适当增大柱间距;
  6)考虑到成本,条件许可可用现浇混凝土墩柱代替试验用墩柱;
  7)需要保证巷道的通车功能时,可采用顶板桁架锚索+底板大锚索加强支护方案;
  8)通过现场锚索受力、破坏现象的观察,认为两根锚索间采用槽钢连接存在一些缺点:(1)顶板表面平整度差导致锚索受有过多附加力;(2)槽钢眼顶板错动易使锚索受到剪切作用;(3)锚索拉断时槽钢积聚弹性变形的瞬间恢复易形成弹射现象,造成伤害事故;(4)弹射过程中锚索与槽钢间的摩擦作用产生的火花可能引燃、引爆瓦斯。因此,建议锚索间取消槽钢连接,采用锚索托盘。
  
  参考文献
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  [2]王连国,李明远,王学知.深部高应力极软岩巷道锚注支护技术研究[J].岩石力学与工程学报,2005(16).
  [3]马宇.金川二矿区地应力场研究与地下工程稳定性[D].中国地质科学院,2006.

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