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近距离煤层群回采巷道围岩控制技术

2024-06-11 43 上传者：管理员

摘要：为解决近距离煤层群回采巷道掘进及围岩控制面临的围岩应力复杂、围岩破碎等问题，结合某矿7305运输巷现场条件，针对围岩应力复杂、围岩承载能力差以及原支护参数不合理等导致围岩变形量大的问题，基于释放围岩应力、围岩补强、围岩改性及应力转移理念，提出将锚网喷+高应力锚索补强+注浆+钻孔卸压方式应用到巷道围岩控制中。现场应用实践表明，采用的支护方案可有效控制近距离煤层群回采巷道围岩变形，为采面煤炭回采创造良好条件。

关键词：
围岩控制
复杂应力
巷道掘进
矿业工程
近距离煤层群
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随着煤炭资源持续进行大规模、高强度开采，浅部的煤炭资源逐渐枯竭，矿井采掘深度不断增加，从而导致回采巷道围岩控制难度不断增大，特别是近距离煤层群回采巷道围岩控制时，受采动压力、破碎围岩、地应力等影响更为突出，巷道围岩控制难度更大[1,2,3]。为此，众多的学者及工程技术人员对近距离煤层群回采巷道围岩控制技术展开研究，并提出采用锚网带+架棚让压、锚杆网+短锚索、锚杆网+工字钢棚、锚杆+锚索+注浆+喷浆等多种联合支护方式，现场工程应用也取得较好效果[4,5,6,7]。但是不同矿井回采巷道围岩地质条件、煤层赋存参数等存在明显差异，巷道围岩条件、变形破坏特征及控制策略等各不相同[8,9]。山西某矿回采区域为近距离煤层群，浅部煤炭资源已逐步枯竭，煤炭开采逐渐向中深部区域扩展。本文以该矿7305运输巷围岩控制为工程背景，对近距离煤层群开采条件下回采巷道围岩控制技术进行分析，以期为其他矿井类似条件下回采巷道围岩控制提供经验借鉴。

1、工程概况

1.1 地质概况

7305运输巷沿着回采的7号煤层底板掘进，设计掘进长度为1 450 m, 采用综掘方式，掘进区域内巷道埋深均值为660 m, 巷道设计为斜梯形断面，巷宽4 000 mm, 巷中高2 500 mm, 巷道净断面积10 m2.7号煤层为矿井主采煤层之一，赋存较为稳定，厚度1.9～3.2 m, 均值2.5 m, 煤层倾角8°～13°,均值10°.7号煤层直接顶为泥质粉砂岩(厚度1.1 m),基本顶为砂岩(厚度12.9 m),直接底为粉砂岩及泥岩互层(厚度11.5 m)。7号煤层上覆为已回采完毕的6号煤层采空区，层间距平均为17 m.7305运输巷上覆为回采完毕的6305采空区及区段护巷煤柱，具体位置关系如图1所示。

图1 巷道位置示意

7305运输巷掘进期间面临巷道围岩变形严重问题，巷道掘进并通过锚网索方式支护完成后3～4个月，巷道顶板支护用钢带局部出现挤压变形情况，巷帮片帮及收敛明显，局部底鼓严重，其中巷帮收敛量可达到800 mm以上，顶底板变形量可达到600～1 100 mm, 对运输巷后续正常使用造成影响。

1.2 巷道围岩变形分析

通过对7305运输巷掘进区域现场条件分析，发现导致运输巷围岩变形较大、控制效果较差的影响因素为地应力复杂且影响明显，巷道围岩承载能力差以及原有巷道支护参数不合理等。

1) 复杂高地应力影响。

7305运输巷掘进区域平均埋深为660 m, 巷道埋深较大，受地应力影响明显，其中运输巷所在区域地应力已超过20 MPa, 高地应力为运输巷围岩破坏、变形提供了力学环境；同时在上覆6号煤层采空区内的保护煤柱作用下，导致7305运输巷围岩内出现一定程度应力集中。高地应力及围岩应力集中等多因素作用下增大7305运输巷围岩变形量。

2) 围岩承载能力差。

7305运输巷围岩有明显的流变特性，虽然通过锚网索带方式支护围岩，但是围岩变形仍难以有效控制，主要原因为，在应力作用下，围岩松散、弱化产生的碎胀力超过了支护作用力。现场调查发现，7305运输巷巷帮片帮、收敛情况明显，支护用锚网带无法与围岩密切贴合。

3) 巷道原支护参数不合理。

7305运输巷采用的支护方式单一且支护参数未针对巷道现场条件进行设计，从而导致围岩控制效果不佳。如巷道顶板支护采用规格Φ20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，巷帮用Φ16 mm×1 600 mm的螺纹钢锚杆支护。现场测试发现，顶板、巷帮松动圈范围分别达到1 800～2 000 mm、1 300～1 600 mm.由此可见，巷道原支护参数不合理。

2、巷道围岩控制技术

结合7305运输巷现场实际条件，提出采用锚网喷+高预应力锚索补强+注浆加固+钻孔卸压方式控制围岩变形，具体巷道支护断面如图2所示。

图2 巷道支护断面(单位：mm)

1) 锚网喷支护。

运输巷顶板及巷帮均采用规格为Φ22 mm×2 400 mm的螺纹钢锚杆，间排距均为800 mm×800 mm, 顶板每排布置5根锚杆，巷道上帮、下帮每排分别布置4根、3根锚杆，锚杆采用2支树脂锚固剂锚固，确保锚固力在100 kN以上，施加的预紧力在60 kN以上，在锚杆上配备拱形托盘(有让压环)、可转向垫圈；巷帮靠近顶板、底板的锚杆分别有20°、30°外插角，其余锚杆均垂直巷帮布置，顶板靠近巷帮的两根锚杆均有20°外插角，其余均垂直顶板布置。锚杆配套使用的护表结构为金属网及W钢带。由于围岩容易出现风化，因此在围岩暴露24 h内完成喷浆封闭，具体喷浆厚度为50 mm, 喷浆材料为C20混凝土。

2) 高预应力锚索补强。

在运输巷顶板布置2根规格为Φ17.8 mm×6 150 mm的高强度高延伸钢绞线锚索，间排距为2 000 mm×1 600 mm, 锚索孔深为6 000 mm, 每根锚索均使用4支树脂锚固剂锚固，确保锚固力在200 kN以上，施加的预紧力在120 kN以上。

3) 围岩注浆改性。

采用规格为Φ32 mm×2 500 mm的中空注浆锚杆对巷帮进行加固，提高巷帮煤体整体承载能力及稳定性，中空注浆锚杆布置间排距为1 500 mm×1 600 mm; 在巷道上帮及下帮均布置2根中空注浆锚杆，锚杆均垂直巷帮布置并与顶板高预紧力锚索布置在同一平面上。注浆采用型号QZB-50/60气动注浆泵，注浆压力控制在1.5～3.0 MPa, 注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，m(水泥)∶m(水)=1∶0.6,m(水泥浆)∶m(水玻璃)=1∶0.4.

4) 钻孔卸压。

7305运输巷围岩变形量大、控制难度高的一个重要原因是围岩应力复杂以及应力集中。因此，提出采用大直径钻孔对运输巷围岩进行卸压，根据现场实际情况，卸压钻孔布置参数为：卸压钻孔均布置在巷帮位置，钻孔直径为113 mm, 孔深为6.0 m, 钻孔排距为1 500 mm, 开孔距巷道底板1 000 mm, 钻孔垂直巷帮布置，钻孔滞后巷道掘进迎头5 m施工。

3、围岩控制效果分析

为掌握7305运输巷围岩控制技术方案应用效果，布置测点对巷道掘进期间及后续采面回采期间运输巷围岩变形进行监测，具体监测结果如图3所示。

图3 巷道围岩变形监测结果

从图3(a)看出，7305运输巷掘进期间巷道围岩变形量整体较小，顶底板及巷帮移近量分别控制在56 mm、75 mm以内，巷道支护完成20 d后围岩变形即趋于稳定。运输巷在掘进期间仅在局部较小范围内出现锚索失效情况，未出现片帮、底鼓以及顶板网兜等情况，巷道围岩整体较为稳定。

从图3(b)看出，在7305综采工作面回采期间，运输巷顶底板及巷帮围岩整体较为稳定，顶底板、巷帮位移量最大分别为77 mm、101 mm, 表明运输巷采用的围岩支护方案可满足采面后续煤炭回采需要。

4、结语

1) 7305运输巷在深部区域掘进，巷道掘进期间受复杂高应力、围岩承载能力差以及巷道原支护参数不合理等多因素影响，导致运输巷围岩变形量较大、控制效果不佳。结合现场条件以及以往类似巷道围岩支护策略，提出采用锚网喷+高应力锚索补强+注浆+钻孔卸压方式支护围岩。

2) 7305运输巷支护方案中，采用的锚网喷允许巷道围岩出现一定变形，起到卸压效果；通过高应力锚索对顶板进行补强，锚索锚固端位于顶板坚硬稳定岩层中，通过锚索悬吊作用减少顶板离层量及变形量；通过巷帮注浆可提升浅部岩体整体强度及稳定性，提升巷帮承载能力及支撑强度，减少巷帮变形量；通过在巷帮布置大直径卸压钻孔，使得围岩应力峰值远离巷道表面，使得巷道处于低应力环境中。

3) 现场应用实践表明，7305运输巷采用的支护方案可有效控制近距离煤层群回采巷道围岩变形，为采面煤炭回采创造良好条件。

参考文献:

[1]程辉,赵洪宝,张欢,等.近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术[J].工程科学学报,2022,44(7):1 147-1 159.

[2]张泉意.平煤四矿近距离煤层采空区下回采巷道围岩控制技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2022.

[3]杨轲.近距离煤层群回采巷道位置优选与围岩稳定控制技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2022.

[4]曹海彬.开拓煤业极近距离煤层回采巷道围岩控制技术研究应用[J].山东煤炭科技,2021,39(10):48-50,54,57.

[5]王禹超.大佛寺矿近距离煤层煤柱下回采巷道围岩控制技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2021.

[6]赵万亮.三交河煤矿近距离煤层回采巷道布置方式及围岩控制技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2020.

[7]张剑.西山矿区近距离煤层群开采巷道围岩控制技术研究及应用[D].北京:煤炭科学研究总院,2020.

[8]郝江涛.近距离煤层采空区下回采巷道围岩控制技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(10):255-256.

[9]毕业武,范秀利,蒲文龙,等.深井近距离煤层群回采巷道失稳致因与控制技术[J].煤炭科学技术,2015,43(10):51-55.

文章来源:赵柏竣.近距离煤层群回采巷道围岩控制技术[J].煤,2024,33(06):70-72.