極近距離煤層綜放開采巷道支護(hù)方案研究

極近距離煤層綜放開采巷道支護(hù)方案研究

0巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)受頂板巖石較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度薄、上采空區(qū)頂板集中壓力等諸多因素的影響，云岡中學(xué)51年級(jí)教室的頂板出現(xiàn)層狀剝離和破壞，沉降嚴(yán)重，堆放樁，錯(cuò)開。w形鋼帶壓，v形鋼帶壓，鋼架壓，平均沉降量20.30cm。在嚴(yán)重的情況下，它會(huì)發(fā)生傾斜，只有與棚腳接觸，并且容易失去穩(wěn)定性，這在不同地區(qū)的破壞程度上是不同的。針對(duì)以上問題,筆者以51115巷為研究對(duì)象,提出分段支護(hù)、減跨或改變巷道形狀、提高錨桿預(yù)緊力、高阻讓壓以及護(hù)表等巷道支護(hù)原則,并通過現(xiàn)場應(yīng)力觀測給出驗(yàn)證,最終給出適合于該巷道的支護(hù)方案。該結(jié)論對(duì)類似條件下其他巷道的支護(hù)具有一定的參考價(jià)值。1西部中細(xì)粒砂巖結(jié)構(gòu)311盤區(qū)位于云岡礦井北翼,東西走向長約2050m,南北傾向長平均2100m。盤區(qū)內(nèi)主采的11-2號(hào)煤層與上部11-1號(hào)煤層為近距離煤層。本區(qū)地層大致為一單斜構(gòu)造,傾角2°~6°,煤層除東南部不可采外,其余全部可采。煤層厚度0.50~3.78m,平均1.91m,偽頂為0.1~0.4m的粉砂巖,直接頂為0.80~15.28m的中細(xì)粒砂巖。西北部與11-1號(hào)層合并,合并區(qū)內(nèi)煤層厚度最大為5.13m,最小為4.61m,平均4.93m,有1~3層夾石,夾石總厚度最大0.68m,單層厚度0.10~0.42m,在分叉線的厚度為0.8m。盤區(qū)內(nèi)81115工作面長度925m、寬度119m。工作面51115巷與上覆煤層層間距情況見表1。2上分層開采影響頂板厚度1)圍巖壓力。通過現(xiàn)場對(duì)51115巷頂板表面及內(nèi)部破壞情況觀測,發(fā)現(xiàn)頂板發(fā)生層層剝落式破壞,內(nèi)部存在離層,與之相反,煤幫完整,沒有發(fā)生變形破壞。巷道的這種破壞形式主要是頂板承受了水平方向應(yīng)力的作用所引起的。2)頂板厚度。51115巷頂板厚度1m以下的范圍可達(dá)447m。頂板厚度小導(dǎo)致的直接問題是無法使用常規(guī)錨桿、錨索,僅能依靠架棚支護(hù)。然而巷道跨度大導(dǎo)致工字鋼撓度增加,支撐能力低,必須依靠單體柱提供支撐,而回采過程中設(shè)備車的向外轉(zhuǎn)移必須撤掉單體柱,極易誘發(fā)漏頂事故。3)圍巖破裂范圍。上部11-1號(hào)煤層回采過程中,其峰前壓力會(huì)在底板中產(chǎn)生塑性破壞區(qū),造成11-2號(hào)煤層頂板破裂。另外,11-2號(hào)煤層相鄰工作面回采過程中對(duì)本工作面回采巷道也存在較大影響,使其頂板破裂,完整性極差,整體強(qiáng)度大幅降低。上層煤開采底板破壞深度和范圍是進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。4)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力。在有限頂板厚度和頂板完整性條件下形成可靠的承載結(jié)構(gòu)抵抗頂板水平壓力。3支出的基礎(chǔ)3.1煤柱幫及頂板施工測量結(jié)果在51115巷距離大巷300m處,利用鉆孔攝像的方法對(duì)煤幫及頂板內(nèi)部破裂狀態(tài)進(jìn)行了觀測。典型圍巖破裂如圖1所示。觀測結(jié)果顯示:頂板施工鉆孔將頂板打穿,中部3.50、2.32、1.93、0.80m處含煤線有離層,約16條長度小于1cm的裂隙,密集破裂區(qū)范圍為1.2m;煤柱幫施工的測孔內(nèi)全長均出現(xiàn)破碎帶且圍巖破碎明顯,密集破裂區(qū)范圍為1.7m;回采幫施工測孔內(nèi)有13個(gè)斷續(xù)破碎帶,密集破裂區(qū)范圍為0.9m。綜上可知:受上覆開采的影響,51115巷頂板已出現(xiàn)裂隙,且已與上覆采空區(qū)貫通。3.2底板煤層深度分布模型根據(jù)滑移線場理論,上部采空區(qū)煤柱在下方底板中形成的塑性破壞區(qū)滑移線場如圖2所示。底板破壞深度h為:其中:由dh/dα=0可求得底板巖層的最大屈服破壞深度h根據(jù)極限平衡理論計(jì)算煤壁塑性區(qū)寬度x其中:式中:M為煤層采厚;k為應(yīng)力集中系數(shù);γ為采區(qū)上覆巖層平均容重;H為煤層埋藏深度;C為煤體黏聚力;φ為煤體的內(nèi)摩擦角;f為煤層與頂板接觸面摩擦因數(shù),為tanφ由51115巷地質(zhì)條件可知,11-1號(hào)煤層開采深度300m,上覆巖層平均容重25×104支出計(jì)劃4.1聯(lián)合支護(hù)梁的結(jié)構(gòu)巷道斷面形狀為矩形,尺寸為4.0m×2.8m(寬×高)。采用11號(hào)工字鋼棚、單體柱以及錨索聯(lián)合支護(hù)。鋼棚排距0.7m,每排2架,工字鋼梁長3.8m,棚腿2.75m,棚腿底部向兩側(cè)偏5cm。幫頂部錨索排距為1m。當(dāng)頂板破碎或壓力增大時(shí),頂板鋪金屬網(wǎng),并將網(wǎng)壓緊壓實(shí)。當(dāng)層間距低于1m時(shí),頂板需留有一定的頂煤,保證層間距在1m以上,留頂煤時(shí)必須在鋼棚下壓金屬菱形網(wǎng)。4.2頂板錨桿和高強(qiáng)球型托盤巷道斷面為矩形,尺寸為3.6m×2.6m(寬×高)。支護(hù)形式為高阻讓壓錨桿+讓壓鳥窩錨索梁+幫讓壓鳥窩錨索支護(hù)。頂錨桿選用直徑為18mm的高強(qiáng)度(HB500)蛇形錨桿,讓壓點(diǎn)載荷9~12kN、讓壓距離為23mm,間排距為0.8m×0.9m,靠幫部最近的錨桿與垂直方向夾角為30°。每套錨桿采用1卷K2335和1卷Z2335樹脂藥卷,頂板錨桿采用150mm×150mm×8mm的高強(qiáng)球型托盤與W鋼帶(2.75-275-3400mm)聯(lián)合支護(hù);幫錨索與水平方向夾角為30°,選用ue54f17.8mm×5000mm鳥窩耦合讓均壓錨索,讓壓點(diǎn)載荷210~250kN、讓壓距離為35mm讓壓管,間排距1.8m×1.8m,300mm×300mm×10mm高強(qiáng)錨索托盤。當(dāng)頂板破碎或巷道壓力顯現(xiàn)明顯時(shí),使用單體柱對(duì)工字鋼梁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)(圖3)。4.3錨桿支護(hù)參數(shù)支護(hù)方案采用錨網(wǎng)索支護(hù)。錨桿間排距為1000×1000mm,靠幫部最近的錨桿與垂直方向夾角為30°,其余參數(shù)與層間距3~4m段錨桿支護(hù)參數(shù)相同。錨索沿巷道中心線布置1根,排距為2000mm,層間距在4~5m時(shí)用4m錨索,5~6m時(shí)用5m錨索,6m以上時(shí)用6m錨索。支護(hù)斷面如圖4所示。5試驗(yàn)效果5.1巷道頂板下沉量監(jiān)測根據(jù)圍巖變形破裂觀測結(jié)果,掘進(jìn)和回采期間兩幫巖體均較為完整,變形量很小,而頂板變形較大。因此測點(diǎn)布置在距回風(fēng)巷200m處,層間距在5m左右,頂板下沉量監(jiān)測曲線如圖5所示。由圖5可知,巷道掘進(jìn)期間,頂板沒有明顯變形,頂板最大下沉量僅為15mm,變形趨于穩(wěn)定時(shí)間為10d左右,變形速率低于1.5mm/d。由分析可知,當(dāng)層間距大于4m時(shí),采用錨網(wǎng)索支護(hù)形式可以有效控制頂板下沉量,縮短圍巖應(yīng)力調(diào)整周期。5.2巷道圍巖監(jiān)測采用錨桿測力計(jì)對(duì)掘進(jìn)和回采期間頂板錨桿、錨索受力情況進(jìn)行監(jiān)測,測點(diǎn)位置與巷道變形測點(diǎn)相同,監(jiān)測曲線如圖6所示。巷道掘進(jìn)期間,頂板錨桿和錨索受力均不大,穩(wěn)定時(shí)錨索的軸力為88kN、錨桿軸力43kN,錨索受力明顯大于錨桿,這說明錨索是主要的受力體。5.3淺基點(diǎn)的確定采用頂板離層儀測試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值,測點(diǎn)位置與巷道變形測點(diǎn)相同。設(shè)2個(gè)測點(diǎn),其中深基點(diǎn)為4.7m,淺基點(diǎn)為1.65m。掘進(jìn)期間,巷道頂板錨桿及錨索錨固區(qū)域內(nèi)均沒有發(fā)生明顯的離層現(xiàn)象,說明頂板巖體較為完整,且變形表現(xiàn)為整體下沉,說明當(dāng)層間距大于4m時(shí),采用錨網(wǎng)索支護(hù)能提供較大的錨固力,充分發(fā)揮了圍巖體的自承載作用。6巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)1)極近距離煤層采空區(qū)下巷道支護(hù)技術(shù)的主要影響因素為: