王永強，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

淺埋煤層回采巷道礦壓顯現(xiàn)與控制的研究

王永強，李志軍,邢平偉，宋選民，付玉平

（太原理工大學(xué)采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

結(jié)合萬利礦區(qū)寸草塔二礦3-1煤層的地質(zhì)賦存狀況與開采技術(shù)條件，研究了長壁工作面回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，評價了現(xiàn)有支護方案的實際支護效果；測試了巷道的圍巖松動圈，積累了支護設(shè)計實測依據(jù)；并用測試巷道煤柱支承壓力分布的方法，論證了護巷煤柱的整體穩(wěn)定性，選擇了煤柱寬度合理參數(shù)；最后采用全新的錨桿支護設(shè)計理論，提出了寸草塔二礦3-1煤層回采巷道優(yōu)化支護技術(shù)參數(shù)。

巷道礦壓規(guī)律；巷道礦壓顯現(xiàn)；錨桿支護

1 問題的提出

萬利礦區(qū)煤層資源豐富，屬于神華集團正在建設(shè)的大型現(xiàn)代化礦區(qū)，且多為新投產(chǎn)礦井。伴隨著礦區(qū)內(nèi)新建礦井的陸續(xù)投產(chǎn)，萬利礦區(qū)長壁開采的安全高效圍巖控制技術(shù)問題，已經(jīng)提到重要的議事日程。目前，萬利礦區(qū)大功率采煤機、高阻力液壓支架、大功率工作面刮板運輸機、膠帶運輸機等設(shè)備的使用，為礦區(qū)內(nèi)煤炭資源的安全高效開采奠定了基礎(chǔ)。與此同時，開采過程中長壁工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖控制技術(shù)參數(shù)的選擇問題、超長回采順槽圍巖變形破壞與支護方式及控制技術(shù)參數(shù)選擇、巷道煤柱合理寬度的尺寸參數(shù)確定，以及礦區(qū)內(nèi)骨干礦井的主采煤層采場頂?shù)装宸诸惡拖锏绹鷰r穩(wěn)定性分類等涉及到安全開采的許多關(guān)鍵問題均需進行深入細致的研究工作，為工程決策提供基礎(chǔ)資料與理論依據(jù)，才能保證萬利礦區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，萬利礦區(qū)長壁綜合機械化開采已在柳塔、寸草塔一礦、寸草塔二礦全面展開，后期也將在萬利最大的布爾臺格礦投入應(yīng)用，但與其相關(guān)的一系列圍巖控制關(guān)鍵技術(shù)問題，尚未有系統(tǒng)詳細的觀測研究和理論探索，對萬利礦區(qū)長壁開采的內(nèi)在客觀規(guī)律性還沒有深刻認識，更談不到預(yù)先指導(dǎo)綜采工作面的設(shè)計決策和生產(chǎn)實踐。所以迫切要求，解決開采生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題，盡早達到為萬利礦區(qū)煤炭開采生產(chǎn)服務(wù)的目的。

因此認為，有必要立項開展萬利礦區(qū)回采巷道礦壓顯現(xiàn)與控制的研究。本文現(xiàn)以寸草塔二礦為例進行研究。

2 回采巷道支護中存在的問題

根據(jù)對長壁開采工作面的實踐現(xiàn)狀的詳細分析，寸草塔礦3-1煤層回采巷道存在的主要問題有：寸草塔二礦3-1煤層采用長壁工作面以來，缺乏巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的系統(tǒng)觀測和對長距離、大斷面煤巷支護效果的評價；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道的圍巖應(yīng)力變化規(guī)律、頂?shù)装遄畲笠平垮^桿支護參數(shù)等缺乏深入研究;現(xiàn)階段缺乏巷道圍巖松動圈測試實驗，錨桿支護載荷等參數(shù)的確定采用經(jīng)驗類比的方法，因此，寸草塔二礦3-1煤層巷道進行的支護存在盲目性；寸草塔二礦3-1煤層回采巷道現(xiàn)有的支護形式及相關(guān)參數(shù)，缺乏科學(xué)客觀的評價，因此現(xiàn)有錨桿支護的安全性和經(jīng)濟性難以保證。

以上問題都需進行詳細的科學(xué)研究，從而提高現(xiàn)有回采巷道的支護水平，同時也為礦區(qū)后續(xù)煤層的開采提供參考依據(jù)。

3 試驗區(qū)概況

寸草塔二礦3-1煤層工作面的煤層厚度6.15～6.74 m，均厚6.44 m，工作面老頂以細粒砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，直接底為砂質(zhì)泥巖為主，老底以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖為主。工作面煤層底板以寬緩的波狀起伏為主，傾角約為1°～3°，受斷層影響局部達到7°。隨著工作面推進，煤層厚度逐漸變薄，推進前方煤層總體呈上坡趨勢。

4 回采巷道礦壓規(guī)律與支護技術(shù)研究

4.1 研究方法

采用礦山巖石力學(xué)的理論分析和圍巖松動圈范圍的現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，用以獲得萬利礦區(qū)厚煤層長壁綜采條件下的護巷煤柱寬度及回采巷道支護參數(shù)。4.2 研究內(nèi)容

本課題的主要研究試驗內(nèi)容有：回采巷道圍巖分類及相關(guān)力學(xué)性質(zhì)分析；對回采巷道錨桿支護參數(shù)和煤柱尺寸進行理論分析；實測回采巷道松動圈與煤柱尺寸相關(guān)參數(shù);整理、分析現(xiàn)場實測的相關(guān)數(shù)據(jù)進行。

對以上分析結(jié)果匯總，給出寸草塔二礦3-1煤層回采巷道錨桿支護與煤柱尺寸的合理參數(shù)取值范圍。

4.3 實測儀器布置

首采回風(fēng)順槽的礦壓監(jiān)測測站及儀器安裝情況，參見圖1。在工作面前方的回風(fēng)順槽中，布設(shè)了巷道礦壓測站，用于分析巷道穩(wěn)定和支護的相關(guān)技術(shù)問題。在回采巷道中，共設(shè)置2個礦壓測站。采用錨桿測力計觀測錨桿的實際承受載荷，頂板離層儀監(jiān)測實際錨桿支護條件下回風(fēng)順槽的巖層變形情況，鉆孔液壓枕觀測工作面前方的支承壓力顯現(xiàn)情況，而位移測桿即可監(jiān)測巷道的頂?shù)装鍑鷰r收斂變化，同時也能配合鉆孔液壓枕分析巷道煤壁前方的超前影響距離。見圖1。

圖1 回采巷道測試儀器布置圖

5結(jié)論

a.根據(jù)對寸草塔二礦3-1煤層巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)分析，穩(wěn)定性為III類中等穩(wěn)定圍巖[1]。

b.寸草塔礦3-1煤層巷道礦壓實測結(jié)論。巷道錨桿載荷的觀測數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，3-1煤層現(xiàn)有圍巖和回采巷道斷面尺寸條件下，采用預(yù)應(yīng)力錨索對巷道實施補強加固支護措施后，巷道的基本支護—錨桿支護載荷穩(wěn)定，支護強度足夠，巷道圍巖整體上趨于穩(wěn)定，基本能夠滿足安全維護順槽的要求。觀測結(jié)果證實巷道的聯(lián)合支護布置方式及其支護強度參數(shù)選擇是基本合適的，巷道圍巖維護是總體穩(wěn)定，在完善提高的基礎(chǔ)上可以推廣應(yīng)用于今后3-1煤層長壁工作面的巷道支護設(shè)計與支護實踐。回采順槽頂?shù)滓平哂衅骄徸兓卣?，頂?shù)灼骄平俣葹?.25 mm/d，說明巷道頂?shù)滓平幱诜€(wěn)定變形階段。兩幫收斂位移變化特征是初期兩幫收斂變形小，綜采面采動影響期間收斂變形顯著，且比頂?shù)装逡平冃未螅饕蚴莾蓭蜔o錨桿維護。通過對回采巷道圍巖位移的觀測結(jié)果進行分析，證明錨桿支護的技術(shù)參數(shù)是可行的[2]。

c.寸草塔礦3-1煤層巷道煤柱寬度的合理參數(shù)：經(jīng)計算分析長壁開采條件下，20 m為合理的巷道煤柱寬度。這個寬度和巷道煤柱初步設(shè)計參數(shù)一致[3]。實測表明寸草塔礦3-1煤層超前采動影響距離為10 m～15 m，根據(jù)這一數(shù)據(jù)今后3-1煤層回采巷道的超前支護距離可按15 m設(shè)計，以減少支護工作量與支護時間。

d.寸草塔礦3-1煤層巷道錨桿支護的優(yōu)化參數(shù)[7]：巷道基本支護-錨桿支護參數(shù):頂板采用錨桿+菱形金屬網(wǎng)+鋼筋梁+錨索的聯(lián)合支護形式，兩幫不支護。巷道頂板錨桿支護參數(shù)為：錨桿間排距0.8 m×1.0 m，采用矩形布置,每排5根錨桿，錨桿規(guī)格Φ18 mm×l 800 mm，材質(zhì)普通A3圓鋼，采用Z23350樹脂藥卷1卷。鋼筋梁由Φ16 mm鋼筋焊接而成，規(guī)格為3.5 m×150 mm。菱形金屬網(wǎng)選用10號絲金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，網(wǎng)片的尺寸規(guī)格為4000 mm×2000 mm。巷道錨索支護設(shè)計參數(shù)：巷道采用索孔為Φ23 mm的1～7Φ15.24mm錨索，巷道中按照排距3 m、間距2 m的格式每排布置2根錨索；采用6.5 m錨索，錨索外露0.2 m；選用Z23500樹脂錨固劑，每孔3卷。

寸草塔礦3-1煤層回采巷道礦壓規(guī)律與錨桿支護技術(shù)的研究成果，對萬利礦區(qū)類似地質(zhì)條件下完善其回采巷道圍巖的安全控制技術(shù)，提高支護設(shè)計水平，具有重要的工程實用價值和理論指導(dǎo)。

[1]陳炎光，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

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[6]錢鳴高，繆協(xié)興.采場關(guān)鍵層理論研究[J].煤炭學(xué)報，1997.

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[9]任水泉.康家灘礦8號煤層回采巷道的支護優(yōu)化[J].陜西煤炭,2006.

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Coal Roadway Pressure Behaviop And Control Research of Shallow Coal Seam

Wang yong-qiang,LI Zhi-jun,XING Ping-wei,SONG Xuan-min,FU Yu-ping
（Institute of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Combined of the geological conditions of occurrence and exploitation of technology in Cuncaota No.2 mine,a detailed study of the long-wall mining roadway face pressure behavior laws is done,and the evaluation of the existing support programs and actual results is made;the support pressure distribution is tested to demonstrate the stability,of the roadway,to choose resonable coal pillan width,and to put forward optimized support parameters.

roadway rock pressure law;mine roadway pressure behavior;bolting

TD322

A

1672-5050（2010）02-0035-03

2009-11-18

王永強（1983—），男，山東濰坊人，在讀碩士研究生，從事采礦力學(xué)研究。

劉新光