沿空掘巷支護(hù)技術(shù)探究和應(yīng)用

1、沿空掘巷支護(hù)技術(shù)探究和應(yīng)用【摘要】近年來隨著煤炭產(chǎn)量的遞增，許多礦區(qū)出 現(xiàn)了資源緊張和接替困難，為了解決這一難題，在礦區(qū)越來 越多的采用綜采沿空掘巷技術(shù)，大大提高了資源回收率，但 是沿空巷道在現(xiàn)場的應(yīng)用遇到了巷道變形劇烈、難以維護(hù)的 技術(shù)難題。本文針對某礦軌順巷沿空掘巷遇到的技術(shù)難題， 提出了采用組合支護(hù)、提高初始支護(hù)強(qiáng)度、適當(dāng)增大巷道斷 面的預(yù)留量及增加整體支護(hù)強(qiáng)度和改變組合方式的對策，具 有一定借鑒意義?！娟P(guān)鍵詞】孤島面；巖空掘巷；巷道支護(hù)1工作面概況某礦8#煤北一采區(qū)7238孤島面工作面南北側(cè)分別為 7248 (w)面采空區(qū)和17228面采空區(qū)，軌順沿空掘巷保護(hù) 煤柱7 m。8煤屬于半暗

2、、半光亮型，煤厚介于2. 54.0 m 之間，平均厚度為3.0 m,煤層傾角20°50°，平均30° , 且傾角淺部稍緩于深部，8煤頂板多為灰黑色泥巖砂質(zhì)泥 巖，局部區(qū)域直接頂為灰白色細(xì)砂巖，老頂為中粒砂巖。在 初期的掘進(jìn)過程中礦壓顯現(xiàn)明顯，巷道變形量大，兩幫移近 量尤為明顯，兩幫移近最大為290 mm/d,穩(wěn)定時(shí)兩幫累計(jì)移 近量達(dá)1.01.1m,頂?shù)装逡平吭?.7 m左右。為滿足 安全生產(chǎn)需要和避免再次出現(xiàn)7218工作面軌順沿空掘巷因 壓力大變形顯著造成邊掘邊刷的被動局面，決定在7238軌 順引入強(qiáng)力錨桿支護(hù)。2沿空巷道支護(hù)技術(shù)難點(diǎn)分析根據(jù)7238軌順采礦地質(zhì)

3、條件分析，在7238軌順采用錨 梁網(wǎng)支護(hù)主要存在以下技術(shù)困難：(1) 巷道頂板巖性相變較大，巷道外段為復(fù)合頂板， 其中巷道中部區(qū)域偽頂厚度達(dá)2m以上，而這種泥巖偽頂極 易離層冒落；(2) 8煤頂板相對完整，特別是砂巖老頂直覆區(qū)段，工 作面回采后頂板不易垮落，因而作用在煤柱上的懸臂梁長度 增大，從而致使煤柱受力增大，因而煤柱的穩(wěn)定性差；(3) 因受f226斷層影響，8煤北一采區(qū)次生斷層多， 構(gòu)造應(yīng)力大，巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈；(4) 留小煤柱沿空巷道頂板兩側(cè)分別為工作面實(shí)體和 小煤柱，由于煤柱的承載能力相對較低，因此巷道頂板在上 覆巖層壓力作用下，易呈現(xiàn)不均勻下沉，其結(jié)果造成巷道水 平應(yīng)力增大，使支護(hù)

4、體易受剪切破壞；(5) 上區(qū)段7228工作面收作時(shí)間不到1年，其上覆巖 層運(yùn)動還未完全穩(wěn)定，因此該巷道還是屬于動壓條件下沿空 巷道支護(hù)問題。3支護(hù)方案設(shè)計(jì)3.1巷道支護(hù)載荷的確定及錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)3.1.1巷道支護(hù)載荷計(jì)算以7238軌順為設(shè)計(jì)對象，以十四5鉆孔為設(shè)計(jì)計(jì)算依 據(jù)。7238軌順8煤頂板巖層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。7238軌順施工寬度5.0 m,考慮到巷道掘進(jìn)時(shí)因超挖片 幫，因此巖梁的計(jì)算尺寸：l=6. 0m （巷道兩幫各按松動0.5 m 考慮）。因?yàn)榈?層直接面臨巷道空間，可認(rèn)為其形變?nèi)酷尫? 故第1層沒有剩余形變壓力。第1層所能承受的最大均布載 荷：第2層所釋放的形變壓力：表1

5、巷道頂板巖層物理力學(xué)性質(zhì)巖層編號巖性容重（kn/m3）厚度（m）單向抗壓強(qiáng)度（mpa）單向抗拉強(qiáng)度（mpa）拉 伸彈模（x103 mpa）內(nèi)摩擦角（“）1#泥巖 24 0. 47 20. 68 24252#煤線 14.5 0. 49 10. 3912. 5203#砂質(zhì)泥巖24 3. 44 24.(792. 56 304#細(xì)砂巖26 3 70 7 15 ：355#粉砂巖 25 6. 55 60. 0561535因?yàn)楣实?層不是承載層同理計(jì)算第2層，第2層所能承受的最大均布載荷: 第3層所釋放的形變壓力：因?yàn)樗砸３窒锏绹鷰r穩(wěn)定因?yàn)楣实?層不是承載層同理計(jì)算第3層，第3層所能承受的最大均布載荷：

6、第4層所釋放的形變壓力：因?yàn)樗砸３窒锏绹鷰r穩(wěn)定因?yàn)楣实?層不是承載層同理計(jì)算第4層，第4層所能承受的最大均布載荷：第5層所釋放的形變壓力：因?yàn)樗砸３窒锏绹鷰r穩(wěn)定因?yàn)?，按照頂板巖層形變壓力破壞假說計(jì)算，第4層為承載層，巷道支護(hù)的載荷為第1、第2及第3 層巖層重量,巖層高度h=0. 47+0. 49+3. 44=4. 4 m,巖層壓力 q=rh=44x2. 5=110 kpa,每米巷道錨梁網(wǎng)支護(hù)的載荷為 p=ql=l 10x6=660 kn。3. 1.2強(qiáng)力錨桿和普通錨桿支護(hù)技術(shù)參數(shù)計(jì)算由（1）節(jié)分析可知，巷道支護(hù)的載荷為第1、第2及第 3層巖層重量，巖層高度h=4.4 m,由于錨索內(nèi)錨端

7、必須位 于頂板深部4.4 m范圍以外，且錨固端長度不小于lm,因 此錨索長度設(shè)計(jì)為6. 3 m。根據(jù)上述分析并借鑒鄰近的7218沿空巷道錨梁網(wǎng)支護(hù) 實(shí)踐，為了減小巷道圍巖變形量，根據(jù)此前山東新汶強(qiáng)力錨 桿支護(hù)調(diào)研成果，綜合考慮安全、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)因素，決定在 7238軌順進(jìn)行巷幫錨桿與普通錨桿對比試驗(yàn)。按照錨桿支護(hù) 的組合巖梁理論計(jì)算，頂板巖層的壓力主要由錨桿和錨索共 同承擔(dān)，如果7238軌順錨桿間排距設(shè)計(jì)為840 mmx800 mm, 則每排錨桿與錨索的支護(hù)力應(yīng)不小于528 kno則頂板支護(hù)的 安全系數(shù)n=bt （1.4472d） 2/qbsr + nqs/q式中，qs-錨索額定承載力，選用直徑

8、17.8 mm錨索， qs=250 kn； q-頂板載荷，q=528 kn； a-錨桿有效長度， a=2. 4m； t -錨桿桿體材料的抗剪強(qiáng)度，選用普通錨桿（20 mnsi） t=343 mpa；選用強(qiáng)力錨桿（mg500） t =469 mpa； d-錨桿直徑，選用普通錨（20mnsi） d=20 mm；選用強(qiáng)力錨 桿（20mnsi） d=22 mm； b-巷道計(jì)算寬度，b=6 m； s-頂板錨 桿間距，s=840 mm；-頂板錨桿排距，r二800mm； n-每排錨 索數(shù)目，11=3。將強(qiáng)力錨桿支護(hù)段計(jì)算參數(shù)代入上式,則強(qiáng)力錨桿支護(hù)段安全系數(shù)為：n1 二2. 4x469x103x1. 447

9、22x0. 0222/ （110x6x0. 84x0.8） +3x250/528 二 3.99將普通錨桿支護(hù)段計(jì)算參數(shù)代入上式，則普通錨桿支護(hù) 段安全系數(shù)為：n2二2. 4x343x103x1. 44722x0. 022/(110x6x0. 84x0.8) + 3x250/528 二 2. 983. 1. 3支護(hù)方案設(shè)計(jì)(1) 支護(hù)形式：錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。(2) 頂板支護(hù)：采用20x2500 mm普通樹脂錨桿， 全長錨固，間排距為840x800 mm,錨索采用18x6300 mm 鋼絞線，每兩排錨桿間打一排錨索，排距為800 mm,配合 14#長2000 mm槽鋼、12#金屬網(wǎng)使用。(3) 兩幫

10、支護(hù)：幫部錨桿采用22x2500 mm強(qiáng)力錨 桿，全長錨固，間排距為800x850 mm,配合m5鋼帶(1050x190x5 mm)和12#金屬網(wǎng)使用。(4) 關(guān)鍵部位的強(qiáng)化支護(hù)：巷道的四個(gè)角，分別采用 與水平方向成15°、80°的強(qiáng)力錨桿和錨鎖來加固。圖1巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖4應(yīng)用效果分析為了更好的驗(yàn)證沿空巷道支護(hù)的有效性，在7238工作 面布置了礦壓監(jiān)測點(diǎn)，觀測不同巷道段監(jiān)測點(diǎn)巷道變形，其 中監(jiān)測點(diǎn)8#、9#、10#和11#為原支護(hù),12#、14#、15#和16# 為新支護(hù)，觀測時(shí)間為5月5日至7月10日為期66天的時(shí) 間，經(jīng)觀測新的設(shè)計(jì)方案兩幫最大變形量僅為400mm,

11、頂?shù)?板移近量也僅為320 mm,為普通支護(hù)方案變形量的0. 4倍， 減少了 60%,結(jié)果表明新支護(hù)方案巷道變形較小，能達(dá)到正 常的生產(chǎn)作業(yè)對巷道斷面的要求，巷道控制效果極其明顯。5結(jié)論(1) 針對該礦7238軌順存在錨梁網(wǎng)支護(hù)存在的技術(shù)難 題，提出了采用組合支護(hù)、提高初始支護(hù)強(qiáng)度、適當(dāng)增大巷 道斷面的預(yù)留量及增加整體支護(hù)強(qiáng)度和改變組合方式的對 策。(2) 按照頂板巖層形變壓力破壞假說計(jì)算，得出巷道 關(guān)鍵承載層厚度為4. 4 m,每米巷道錨梁網(wǎng)支護(hù)的載荷為660 kn,并設(shè)計(jì)出了 一套新的支護(hù)方案。(3) 通過在7238軌順巷道的應(yīng)用，表明新的支護(hù)方案 巷道變形量僅僅為原方案巷道變形量的0.4倍，兩幫和頂?shù)?板累計(jì)變形量