陶盼

【摘 要】 本文結(jié)合山西某礦3615綜放工作面主采的3#煤層的賦存頂?shù)装鍘r層條件，分析了該工作面掘進(jìn)巷道圍巖變形特征，并針對巷道圍巖所表現(xiàn)出來的不同特征，優(yōu)化了掘進(jìn)巷道的支護(hù)方案，得到巷道頂板風(fēng)化潮解、薄基巖頂板破碎、軟弱夾矸擠出和巷道底板嚴(yán)重底鼓的四種特征，并針對巷道圍巖表現(xiàn)出的不同特征提出采用掘進(jìn)巷道表面噴漿、增加巷道錨支護(hù)密度、巷道內(nèi)部進(jìn)行架棚支護(hù)來防止巷道圍巖變形、風(fēng)化，對掘進(jìn)巷道實現(xiàn)高強(qiáng)度支護(hù)，最終通過現(xiàn)場實測的方法進(jìn)行驗證，掘進(jìn)巷道取得了良好的支護(hù)效果，并為該礦其他工作面掘進(jìn)巷道的支護(hù)給提供一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】 掘進(jìn)巷道;變形特征;支護(hù)優(yōu)化

【中圖分類號】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）04-0017-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

當(dāng)前，隨著我國煤炭開采裝備的不斷改進(jìn)和需求量的不斷增加，采煤工作面開采速度逐漸提高，導(dǎo)致礦井采煤工作面接替速度不斷增加，同時也對采煤工作面巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)水平的要求也更高?；夭上锏涝诰蜻M(jìn)過程中和結(jié)束后會發(fā)生變形，在對巷道圍巖變形特征進(jìn)行合理分析后，可以針對性地對掘進(jìn)巷道的支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)對掘進(jìn)巷道的有效支護(hù)，有效控制巷道圍巖變形，進(jìn)而實現(xiàn)工作面的安全高效生產(chǎn)。本文對山西某礦3615綜放工作面掘進(jìn)巷道的巷道圍巖變形特征和支護(hù)方案分別進(jìn)行分析和優(yōu)化，重點(diǎn)分析了掘進(jìn)巷道的圍巖變形特點(diǎn)，同時針對掘進(jìn)巷道的圍巖變形特點(diǎn)優(yōu)化巷道支護(hù)方案，為該礦其他工作面掘進(jìn)巷道的支護(hù)方案提供一定的借鑒意見。

1礦井概況

3615綜放工作面當(dāng)前可采的主要煤層為3#煤層，3#煤層平均開采高度約為5.3m，3165工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法對3#煤層進(jìn)行回采，工作面內(nèi)采煤機(jī)割煤高度約為3m，放頂煤高度約為2.3m，3#煤層平均埋深約190m。3615綜放工作面兩回采巷道的總長度約為862m。3615綜放工作面運(yùn)輸巷道沿3#煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)高度為3000mm，掘進(jìn)寬度為5400mm。3#煤層直接頂巖層為厚度4.5m的泥巖巖層，灰黑色，主要以泥質(zhì)構(gòu)造為主，并含有大量植物化石碎片;基本頂巖層為厚度6.5m的細(xì)砂巖巖層，為中粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，成分則主要以石英和長石為主;直接底巖層為厚度2.3m的炭質(zhì)泥巖巖層，深灰黑色，泥質(zhì)構(gòu)造，厚層狀層理，主要以高嶺石為主;基本底巖層為厚度6.3m的中粒砂巖巖層，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，主要以石英為主。53615綜放工作面煤巖層綜合柱狀圖如圖1所示。

2掘進(jìn)巷道圍巖變形特征

2.1巷道頂板風(fēng)化潮解

3#煤層頂板為泥質(zhì)膠結(jié)的泥巖巖層，局部為細(xì)砂巖巖層，由于長期受到煤礦井下高溫、潮濕環(huán)境的影響，3615綜放工作面掘進(jìn)巷道頂板巖層將會不斷地風(fēng)化和潮解，進(jìn)而導(dǎo)致巷道頂板巖層中的原生裂隙程度加大，之前原生裂隙仍然會擴(kuò)張，裂隙張開度進(jìn)一步增大，同時還能夠產(chǎn)生新的次生裂隙，底板巖層鉆窺視如圖2所示。掘進(jìn)巷道頂板巖層與錨桿托板之間的裂隙程度大的巖層不斷產(chǎn)生微小離層，出現(xiàn)片狀掉落的現(xiàn)象。當(dāng)掘進(jìn)巷道頂板巖層與錨桿托板之間的巖層以片狀形式掉落后，使得錨桿托板與頂板巖層之間無法緊貼，導(dǎo)致掘進(jìn)巷道頂板錨桿發(fā)生局部失效，無法對頂板巖層起到有效的錨固作用。另外掘進(jìn)巷道頂板巖層的巖性也存在差異，在受到外界環(huán)境與地質(zhì)條件雙重作用下，錨桿的錨固力顯然不能達(dá)到許用要求，因此掘進(jìn)巷道頂板巖層極易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

2.2薄基巖頂板破碎

3#煤層的平均埋深約190m，屬淺埋深厚煤層，煤層上覆基巖巖層厚度約為15m，但是煤層頂板巖層強(qiáng)度變化差異較大，煤層直接頂巖層為泥巖巖層，灰黑色，泥質(zhì)構(gòu)造，含有植物化石碎片，強(qiáng)度較低，而基本頂巖層為細(xì)砂巖巖層，強(qiáng)度相對較高。當(dāng)掘進(jìn)巷道掘進(jìn)至該礦深部時，3615綜放工作面掘進(jìn)巷道頂板基巖有受到自然環(huán)境的不斷侵蝕，在礦山壓力的作用下，3615綜放工作面回掘進(jìn)巷道頂板會更加破碎、不完整。

2.3軟弱夾矸擠出

3#煤層的平均厚度約為5.3m，屬于厚煤層，煤層內(nèi)部存在一層強(qiáng)度較小的泥巖巖層夾矸，夾矸厚度0.2～0.6m。由于泥巖巖層的可塑性較強(qiáng)，在受到掘進(jìn)工作面開采的影響時，泥巖巖層夾矸會發(fā)生擠壓變形的顯現(xiàn)，且掘進(jìn)工作面風(fēng)量較大，泥巖巖層夾矸表面易風(fēng)化，變得破碎，又在井下潮濕環(huán)境作用下，泥巖巖層發(fā)生崩解，由此導(dǎo)致掘進(jìn)巷道發(fā)生嚴(yán)重的片幫現(xiàn)象。

2.4巷道底板嚴(yán)重底鼓

3#煤層直接底巖層為深灰黑色炭質(zhì)泥巖巖層，巖層為泥質(zhì)構(gòu)造，層狀層理明顯，成分則主要以高嶺石為主。巷道在掘進(jìn)后，底板炭質(zhì)泥巖巖層中的高嶺石成分由于受到礦井潮濕環(huán)境與礦井水的影響，炭質(zhì)泥巖巖層由于遇水發(fā)生軟化，并迅速膨脹，同時在掘進(jìn)機(jī)械的擾動作用下，底板巖層破壞速度加快，形成大量的淤泥狀泥化物，最終使得巷道底板發(fā)生嚴(yán)重破壞，出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。

3支護(hù)方案優(yōu)化

針對掘進(jìn)巷道表現(xiàn)出的巷道頂板風(fēng)化潮解、薄基巖頂板破碎、軟弱夾矸擠出和巷道底板嚴(yán)重底鼓的特征，提出巷道支護(hù)優(yōu)化方法如下。

3.1掘進(jìn)巷道表面噴漿

3#煤層直接頂巖層為泥巖巖層，灰黑色，泥質(zhì)構(gòu)造，含有植物化石碎片，對巷道頂板進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)其節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，同時泥巖巖層強(qiáng)度較低，內(nèi)部的高嶺石成分會導(dǎo)致泥巖巖層吸水軟化膨脹。在3#煤層內(nèi)對巷道進(jìn)行掘進(jìn)時，3#煤層頂部及直接頂巖層在礦井通風(fēng)及潮濕環(huán)境的影響下，頂煤及直接頂巖層更加容易風(fēng)化，進(jìn)而出現(xiàn)塊狀開裂的現(xiàn)象，因此對3615綜放工作面掘進(jìn)巷道進(jìn)行表面噴漿處理，也就是在巷道表面噴射漿體，防止巷道表面圍巖出現(xiàn)風(fēng)化，進(jìn)而有效控制巷道圍巖發(fā)生破壞，減小巷道圍巖破壞變形，實現(xiàn)3615綜放工作面的安全高效回采。

3.2增加巷道錨支護(hù)密度

3#煤層煤內(nèi)部存在一層強(qiáng)度較小的0.2～0.6m厚的泥巖巖層夾矸，在掘進(jìn)工作面中由于受到礦井通風(fēng)和礦井水的雙重影響，泥巖巖層夾矸外露部分相對容易風(fēng)化，進(jìn)而使得巖層更加容易破碎。由此為防止煤層夾矸的大面積擠出，在巷道兩幫增加一排錨桿繼續(xù)進(jìn)行支護(hù)，依次控制掘進(jìn)巷道煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生，錨桿采用圓形樹脂錨桿，直徑16mm。同時在夾矸厚度變化明顯的位置添加木背板并進(jìn)行掛網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用15mm×15mm的菱形金屬網(wǎng)，以此來防止泥巖巖層夾矸大范圍的嚴(yán)重擠出，而嚴(yán)重時影響該工作面乃至該礦井的正常生產(chǎn)。

3.3巷道內(nèi)部進(jìn)行架棚支護(hù)

架棚支護(hù)在巷道支護(hù)系統(tǒng)中屬剛性支護(hù)，剛性支護(hù)能有效提高掘進(jìn)巷道被動支護(hù)性能，在煤巖層外部有效限制掘進(jìn)巷道圍巖變形的特點(diǎn)，同時通過增加架棚支護(hù)能夠有效提高巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度，減少巷道頂?shù)装逡平?，有效控制巷道頂板出現(xiàn)離層及片狀掉落現(xiàn)象的發(fā)生，減小巷道頂板下沉，使得巷道頂板錨桿充分發(fā)揮頂部錨桿的錨固作用。另外由于直接底巖層為遇水易軟化膨脹的炭質(zhì)泥巖，增加架棚支護(hù)還能夠有效限制底板的鼓起。

優(yōu)化后的巷道支護(hù)方案如圖3所示。

4支護(hù)優(yōu)化效果

為了驗證支護(hù)優(yōu)化后的掘進(jìn)巷道支護(hù)效果，采用“十字測量法”對3615綜放工作面掘進(jìn)巷道的巷道表面位移進(jìn)行觀測，觀測結(jié)果如下圖4所示。

根據(jù)3615綜放工作面掘進(jìn)巷道表面位移觀測結(jié)果可知，巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平吭谧罱K分別穩(wěn)定在85mm和62mm左右，巷道表面位移滿足礦井生產(chǎn)許可要求，故采用掘進(jìn)巷道表面噴漿、增加巷道錨支護(hù)密度、巷道內(nèi)部進(jìn)行架棚支護(hù)能夠取得良好的支護(hù)效果。

5結(jié)論

本文結(jié)合山西某礦3615綜放工作面主采的3#煤層的賦存頂?shù)装鍘r層條件，分析了掘進(jìn)巷道圍巖變形特征，并針對巷道圍巖所表現(xiàn)出來的不同特征，優(yōu)化了掘進(jìn)巷道的支護(hù)方案，主要得到如下結(jié)論：

結(jié)合掘進(jìn)巷道所在煤層泥巖頂板的強(qiáng)度較低且極易破碎和遇水軟化膨脹特點(diǎn)，分析掘進(jìn)巷道圍巖表現(xiàn)出巷道頂板風(fēng)化潮解、薄基巖頂板破碎、軟弱夾矸擠出和巷道底板嚴(yán)重底鼓的特征。

針對巷道圍巖表現(xiàn)出的不同特征，針對性地對巷道圍巖支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，采用掘進(jìn)巷道表面噴漿、增加巷道錨支護(hù)密度、巷道內(nèi)部進(jìn)行架棚支護(hù)來防止巷道圍巖變形、風(fēng)化。

通過采用“十字測量法”對掘進(jìn)巷道表面位移進(jìn)行觀測可知，巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e穩(wěn)定在85mm和62mm左右，可以取得良好的支護(hù)效果。

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