荊志星

(沈陽焦煤雞西盛隆礦業(yè)有限責(zé)任公司雞東煤礦，黑龍江 雞西 158100)

1 前言

薄煤層屬于難采煤層，覆存條件差、地質(zhì)條件復(fù)雜，開采成本相較于中厚煤層高[1-2]。薄煤層巷道支護也是一項難題，如果支護強度較低，圍巖易發(fā)生變形破壞，影響巷道的穩(wěn)定性；如果支護強度較大，則又會影響經(jīng)濟效益，造成噸煤成本高[3-4]。為了提高薄煤層產(chǎn)出率和安全性，需要對巷道掘進后礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行研究分析，提出合理的支護方式及參數(shù)，既要保證工作面回采的安全性，又要減小開采的經(jīng)濟成本，對相似地質(zhì)條件工作面安全回采具有重要意義[5-6]。

2 工作面概況

7301工作面位于730采區(qū)，工作面標(biāo)高-340～-375mm。南距7302膠帶巷道最近距離90m；以東為南部膠帶集中巷及軌道集中巷，無掘進活動。工作面主采3煤層，平均厚度1.36m，平均傾角9°。直接頂為厚3.20m泥巖，基本頂為厚7.48m粉砂巖，直接底為厚4.67m泥巖，基本底為厚2.87m細砂巖。工作面共揭露7條斷層，落差在3～30m，均處工作面邊緣位置，對工作面回采影響程度較小。

3 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律觀測分析

3.1 觀測方案

采用鉆孔應(yīng)力計監(jiān)測巷道支承壓力，在7301工作面運輸巷超前30m和60m處分別向上幫煤體打2組超前鉆孔，觀測工作面支承壓力分布規(guī)律，每組5個鉆孔，間距為1m。其中，超前30m位置孔深依次為1m、2.5m、4m、5.5m、7m；超前60m位置孔深依次為1m、3m、5m、7m、9m。

采用“十字布點”法監(jiān)測巷道圍巖變形量，在7301工作面運輸巷超前20m布置3個間距為20m的監(jiān)測點，觀測巷道圍巖變形規(guī)律。圖1所示為7301工作面監(jiān)測點布置示意圖。

圖1 7301工作面監(jiān)測點布置示意圖

3.2 應(yīng)力觀測結(jié)果分析

1)超前支承壓力

通過鉆孔應(yīng)力計監(jiān)測分別得到超前工作面30m(1～5#測點)和60m(6～10#測點)處支承壓力分布，具體如圖2、圖3所示。

圖2 超前30m處支承壓力分布圖

由圖2可知，隨著7301工作面向前推進，超前工作面25m以外范圍內(nèi)支承壓力相對穩(wěn)定，變化幅度?。怀肮ぷ髅?5m以內(nèi)范圍內(nèi)支承壓力變化幅度相對較大。而在超前工作面5m范圍內(nèi)，1#和2#鉆孔應(yīng)力逐漸減小，主要是由于孔深小，距巷道自由面近，該區(qū)域煤體出現(xiàn)塑性變形破壞。由此可知，工作面超前25m范圍內(nèi)工作面受采動影響，煤體應(yīng)力變化相對較大。因此，工作面超前支承壓力影響范圍為25m。

圖3 超前60m處支承壓力分布圖

由圖3可知，隨著7301工作面向前推進，超前工作面30m以外范圍內(nèi)支承壓力相對穩(wěn)定，變化幅度小；超前工作面30m以內(nèi)范圍內(nèi)支承壓力變化幅度相對較大。而在超前工作面10m范圍內(nèi)，6#鉆孔應(yīng)力大幅度減小，表明該區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)塑性變形破壞。由此可知，工作面超前30m范圍內(nèi)工作面受采動影響，煤體應(yīng)力變化相對較大。因此，工作面超前支承壓力影響范圍為30m。

根據(jù)超前工作面30m和60m處，不同推進距離支承壓力分布規(guī)律可知，7301工作面受采動影響范圍為超前25m左右，煤壁向內(nèi)深1～2.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)塑性變形破壞。

2)側(cè)向支承壓力

通過鉆孔應(yīng)力計監(jiān)測分別得到4個時間點，不同深度側(cè)向支承壓力分布圖具體如圖4所示。

圖4 側(cè)向支承壓力分布圖

由圖4可知，7301工作面回采后煤體不同深度側(cè)向支承壓力呈拋物線分布，煤體深4m左右位置側(cè)向支承壓力達到峰值，煤體深6m以外范圍側(cè)向支承壓力減小至原巖應(yīng)力，基本不受采動影響。

3.3 圍巖變形觀測結(jié)果分析

采用“十字布點”法設(shè)置3個監(jiān)測點監(jiān)測7301工作面運輸巷圍巖變形量，監(jiān)測結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 1#點監(jiān)測圍巖變形量

圖6 2#點監(jiān)測圍巖變形量

圖7 3#點監(jiān)測圍巖變形量

由圖5至圖7可知，采用3個測點監(jiān)測運輸巷圍巖變形量時，頂板下沉量相對較小，最大頂板下沉量為29mm，最大下沉速率為3.6mm/d；最大兩幫移近量為60mm，最大移近速率為8.9mm/d，變形量僅占兩幫寬度的2%左右；最大底鼓量為40m，最大變形速率為10mm/d，通常只有當(dāng)?shù)坠牧看笥?00mm時，才會對工作面生產(chǎn)和安全造成影響。因此，不需要專門制定防治措施治理底鼓。

由圖可知，動壓對圍巖變形量為25m左右，和超前支承壓力監(jiān)測結(jié)果基本相同。超前工作面7～15m內(nèi)，圍巖變形量增幅較大，該區(qū)域為超前應(yīng)力集中區(qū)域。7301工作面運輸巷圍巖變形量相對較小，表明原有的支護方式能夠有效提高巷道承載能力，保證巷道穩(wěn)定性。

4 巷道支護技術(shù)

7301工作面超前支承壓力影響范圍為25m左右，側(cè)向支承壓力為6m左右，巷道原有采用錨網(wǎng)索和注漿加固支護方式防治圍巖變形。

4.1 錨網(wǎng)索支護

運輸巷頂幫采用錨網(wǎng)索支護的方式，根據(jù)工作面地質(zhì)條件和頂板完整性，分別確定回采巷道錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護的參數(shù)，具體見表1。

表1 錨網(wǎng)索支護參數(shù)

為了提高錨桿支護后所形成承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要在運輸巷錨桿之間采用φ14mm的圓鋼焊制的鋼筋梯子梁連接，進一步提高支護的強度。

4.2 注漿加固

7301工作面運輸巷超前影響區(qū)域兩巷在錨網(wǎng)索支護的基礎(chǔ)上，采用注漿黏聚破碎圍巖裂隙，減小松動圈，提高圍巖的剛度和抗剪強度。采用注漿錨桿施工，將注漿孔與錨桿合二為一。選用QB152型便攜式注漿泵，注漿液采用高水速凝材料，分別頂板和兩幫分別布置注漿鉆孔。根據(jù)運輸巷圍巖的性質(zhì)，確定巷道注漿參數(shù)，具體見表2。

注漿管采用小于鉆孔半徑的鋼管，注漿壓力為5MPa以上。當(dāng)注漿完成后，使用袋式封孔方式快速封孔，保證注漿液能夠深入到巖層裂隙，黏聚破碎圍巖裂隙，達到提高圍巖的剛度和抗剪強度目的。

表2 7301工作面運輸巷注漿加固參數(shù)

5 結(jié)論

(1)以7301工作面為研究對象，通過在超前30m和60m打兩組鉆孔監(jiān)測支承壓力分布規(guī)律，采用“十字布點”法布置3點監(jiān)測巷道圍巖變形量。根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果可知，工作面超前支承壓力影響范圍25m左右，煤壁向內(nèi)深1～2.5m范圍內(nèi)出現(xiàn)塑

性變形破壞。側(cè)向支承壓力在煤壁深4m左右位置達到峰值，6m以外范圍基本不受采動影響。

(2)根據(jù)位移監(jiān)測結(jié)果可知，圍巖變形范圍為超前工作面25m左右，巷道圍巖變形量相對較小，最大頂板下沉量、兩幫移近量和底鼓量分別為29mm、60mm和40m，原有的支護方式有效減小圍巖變形。巷道原采用錨網(wǎng)索和注漿加固支護方式控制圍巖變形，分別設(shè)計了錨網(wǎng)索支護和注漿參數(shù)，保證巷道穩(wěn)定性。