史海鵬
(山西晉煤集團(tuán)宏圣公司,山西 晉城 048006)
岳城煤礦主采3#煤層,由于本煤層瓦斯抽采效果不理想,因此在綜采工作面采用底抽巷抽采方式進(jìn)行瓦斯治理。以1303 工作面為例,底抽1 巷層位選擇在K6 灰?guī)r和K7 砂巖之間,K6 灰?guī)r和K7砂巖之間巖層厚度平均在2~3 m 左右,巷道高度為3.3 m。1303 工作面底抽巷位置如圖1。
底抽1 巷在施工至200 m 左右時(shí),由于頂板工程用水和抽采鉆場(chǎng)采動(dòng)的相互作用,造成原支護(hù)結(jié)構(gòu)失效、頂板離層掉渣嚴(yán)重,必須對(duì)底抽巷失穩(wěn)情況進(jìn)行分析,對(duì)原巷道圍巖控制方案進(jìn)行改進(jìn)。
底抽巷原采用錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護(hù)+錨索補(bǔ)強(qiáng)方式,其巷道支護(hù)設(shè)計(jì)及頂板(A 向)、兩幫(B 向、C 向)支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2、圖3。
圖1 1303 工作面底抽巷布置圖
底抽巷毛高3.3 m,凈高3.2 m,毛寬5 m,凈寬4.8 m,采用錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護(hù)+錨索補(bǔ)強(qiáng)方式。頂板支護(hù)采用MSGLW-500/22-2000-M24 型錨桿,排距1200 mm,間距1100 mm,每排5 根錨桿,以巷道中心線居中向兩側(cè)布置,靠幫側(cè)錨桿距幫300 mm,配合T4600×80/16-80×80-5 鋼筋托梁;錨網(wǎng)采用10#鐵絲編織的金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂,型號(hào)為JW10/35-1.4×5.4。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)采用規(guī)格為SKP22-1/1720-6300型錨索,尾部配有高強(qiáng)度鎖具,排距為1200 mm,間距為1800 mm,每排2 根錨索,以巷道中心線居中向兩側(cè)布置,靠幫側(cè)錨桿距幫1600 mm,與頂板垂直打注。巷幫支護(hù)錨桿排距1200 mm,間距為1000 mm,每排三根錨桿,頂角錨桿距頂板400 mm,底角單體錨桿距底板900 mm;錨索與錨桿按排間隔布置,排距為1200 mm,間距1200 mm,每排2 根錨索,最上一根錨索距頂800 mm,最下一根錨索距底1300 mm,配合T1400×80/16-80×80-2鋼筋托梁。
圖2 巷道原支護(hù)斷面設(shè)計(jì)圖
圖3 巷道原頂板、兩幫支護(hù)設(shè)計(jì)圖
失效段底抽巷的頂板錨固范圍內(nèi)自下而上巖性已變異為泥巖+K7 砂巖+泥巖,局部為全泥巖。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,底抽巷圍巖變形嚴(yán)重的區(qū)域頂?shù)装逡平恳殉^(guò)1 m,其中頂板下沉量約0.7~1.0 m,底鼓量約0.3 m,兩幫移近量約0.3 m,兩幫中上部經(jīng)常出現(xiàn)兜網(wǎng)現(xiàn)象,兜網(wǎng)形狀大體為上窄下寬紡錘型,平均寬15~30 cm,長(zhǎng)40~60 cm,形成的兜網(wǎng)大都處于相鄰兩排錨桿之間,且沿底抽巷走向兩幫中上部連續(xù)分布20~30 排。此外現(xiàn)場(chǎng)資料還表明,底抽巷圍巖極易風(fēng)化和水化,抽采鉆場(chǎng)施工過(guò)程中常伴有圍巖破碎片幫現(xiàn)象。由岳城礦3#煤底抽巷圍巖變形的時(shí)空分布特征可知,底抽巷抽采鉆場(chǎng)的擾動(dòng)對(duì)其圍巖變形影響顯著,這同時(shí)與底抽巷圍巖類型及其力學(xué)特性直接相關(guān)。
綜合3#煤層地質(zhì)情況、現(xiàn)場(chǎng)揭露巖層信息和底抽巷圍巖變形規(guī)律,對(duì)比底抽巷原支護(hù)方案,提出了泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下錨網(wǎng)索噴支護(hù)方案,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或架棚支護(hù)。
泥巖+K7 砂巖+泥巖頂板條件下巷道支護(hù)設(shè)計(jì)如圖4、圖5。
圖4 泥巖+K7 砂巖支護(hù)斷面設(shè)計(jì)圖
當(dāng)頂板直接頂為泥巖,之上為K7 砂巖,且直接頂泥巖厚度小于4.5 m 的區(qū)域,初設(shè)支護(hù)在原支護(hù)上進(jìn)行如下動(dòng)態(tài)調(diào)整:針對(duì)施工過(guò)程中頂板較破碎,可根據(jù)鉆孔窺視等測(cè)試手段,確定主要離層區(qū)或破碎區(qū)高度,將頂板每排全部錨桿或除兩頂角錨桿替換為6300 mm 的錨索,其他支護(hù)方式不變;針對(duì)巷道施工過(guò)程中遇圍巖發(fā)生不穩(wěn)定變化或構(gòu)造時(shí),將排距縮小為1 m,其他支護(hù)方式不變;若幫部圍巖條件較好,可不打設(shè)排距為1200 mm 的錨索,將每排自上而下的第一根和第二根錨桿或僅第二根錨桿替換為型號(hào)SKP22-1/1720-5300 的錨索,其他支護(hù)參數(shù)不變;針對(duì)幫部圍巖條件較差,可將每排自上而下的第一和第二根錨桿替換為型號(hào)SKP22-1/1720-5300 的錨索,并保留排距為1200 mm 的兩根錨索或第一根錨索,其他支護(hù)參數(shù)不變。
圖5 泥巖+K7 砂巖頂板、兩幫支護(hù)設(shè)計(jì)圖
與底抽巷原支護(hù)方案相比,優(yōu)化支護(hù)方案充分考慮了底抽巷礦壓特征、變形機(jī)制及圍巖結(jié)構(gòu)類型的因素對(duì)底抽巷穩(wěn)定性的影響,除了錨桿索布置參數(shù)有不同之處,優(yōu)化方案在兩幫增加補(bǔ)強(qiáng)錨索對(duì)兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設(shè)擾動(dòng)而變形的抑制能力,從而提高了兩幫對(duì)頂板支持的剛度和強(qiáng)度,進(jìn)一步加大了對(duì)頂板下沉變形的控制能力。此外,底抽巷還可以通過(guò)掘支后的及時(shí)初噴和抽采擾動(dòng)后的二次復(fù)噴封閉措施及抽采鉆場(chǎng)施工前后兩次注漿加固措施,很大程度上降低掘進(jìn)和抽采鉆場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)圍巖的振動(dòng)破碎、水侵泥化等弱化擾動(dòng),提高圍巖的抗風(fēng)化和抗浸水能力,提高圍巖結(jié)構(gòu)的完整程度及圍巖的剛度和強(qiáng)度。
在1303 工作面底抽1 巷布置綜合測(cè)站,分別對(duì)350 m 范圍內(nèi)巷道原支護(hù)地段和優(yōu)化支護(hù)后地段巷道頂板、兩幫圍巖變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè),其結(jié)果如圖6。
圖6 礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖
由圖6 可知,1303 底抽1 巷采用原支護(hù)方案時(shí),巷道初期變形雖然得到控制,但隨著掘進(jìn)距離的不斷增加,頂板圍巖受力不斷集中,最終在200 m 左右圍巖塑性被破壞,出現(xiàn)大量離層。采用優(yōu)化支護(hù)方案后,巷道主動(dòng)支護(hù)能力顯著增加,頂?shù)装?、兩幫圍巖變形情況明顯降低,隨著巷道掘進(jìn)并基本保持穩(wěn)定。說(shuō)明優(yōu)化后支護(hù)方案能夠明顯提高對(duì)圍巖變形的控制能力,尤其是在兩幫增加錨索補(bǔ)強(qiáng),對(duì)兩幫中上部巖體受密集抽采鉆孔打設(shè)擾動(dòng)而引起的變形起到了較好的抑制作用,提高了兩幫對(duì)頂板支持的剛度和強(qiáng)度,進(jìn)一步加大了對(duì)頂板下沉變形的控制能力。