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综采工作面回撤通道矿压观测研究 万 镇,吴士良 山东科技大学 资源与环境工程学院,山东 青岛266510 [摘 要] 针对煤层松软破碎顶板条件,对工作面末采期主回撤通道围岩变形和垛式支架工作 阻力进行现场观测,分析研究了通道顶板来压显现规律及其围岩变形破坏特征。提出在工作面距主回 撤通道9m前应完成对巷道的加强支护,并提高垛式支架工作阻力,进一步改进两帮支护形式等建议。 [关键词] 松软岩层;回撤通道;围岩运动;矿压显现 [中图分类号] TD322 [文献标识码] A [文章编号] 100626225 2009 0120085202 Observation of Underground Pressure in D ismantling Channel of Full2mechan izedM in ing Face WAN Zheng, WU Shi2liang Resource and Environment Engineering College, ShandongUniversity of Science dismantling channel; movement of surrounding rock; underground pressure behavior [收稿日期] 2008 - 09 - 24 [作者简介]万 镇1983 - ,男,山东泰安人,在读硕士研究生,主要从事矿山压力与岩层控制研究。 在煤矿生产过程中,工作面回采结束后需将设 备搬运至新工作面安装,设备搬家速度直接影响整 个矿井产量。某矿采用辅巷多通道方式进行设备回 撤,在工作面末采期,主回撤通道要经历回采工作 面超前支承压力影响的全过程,采动影响十分强 烈,巷道变形破坏严重,给回撤工作带来危险和困 难,而且工程进展缓慢。以往经验证明,直接原因 是顶板岩层的松软破碎,而支护效果不理想也是造 成搬家困难的重要原因。为此,对该矿15104工作 面末采期回撤通道进行矿压观测,为通道支护和岩 层控制提供依据,以确保通道安全与回撤顺利。 1 概述 15104工作面煤层厚度平均512m,走向长度 2200m,倾向长度300m。煤层顶底板岩性为粉砂 岩、砂质泥岩,多泥质和钙质胶结,顶底板岩石为 软弱岩层,强度低,而且极易风化破碎,给顶板控 制带来困难,制约搬家倒面工作。 搬家倒面工作采用辅巷多通道回撤方式图 1 ,预掘主回撤通道和辅回撤通道各1条,两通 道间共掘5条联络巷,主、辅回撤通道断面均呈矩 形,回撤通道宽510m,高318m。回撤通道原始支 护方式为锚网索联合支护,工作面贯通前采用垛式 支架和单体液压支柱对整条通道加强支护。由于顶 板松软破碎,又受超前支承压力的影响较大,致使 通道内垛式支架容易被压死,单体支柱易折损。因 此,合理的支护形式,尤其是搬家前的二次加强支 护就显得极其重要。 1 主回撤通道; 2 联络巷; 3 回撤辅运通道; 4 运输巷道; 5 绞车硐室; 6 调车硐室 图1 辅巷多通道快速搬家工艺 2 矿压观测方法 观测仪器采用综采支架工作阻力连续记录仪, 在主回撤通道1联巷、3联巷和5联巷巷口附近, 58 第14卷 第1期总第86期 2009年2月 煤 矿 开 采 Coalmining Technology Vo1114No11 SeriesNo1 86 February 2009 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 共布置3个测站,测站编号为 Ⅰ,Ⅱ 和 Ⅲ。每个测 站布置2台记录仪, 6个垛式支架上布设6台记录 仪,自动监测和记录垛式支架工作阻力。 同时,对支架的活柱下缩量和通道煤壁片帮等 宏观矿压显现状况进行现场跟班观测。 3 围岩运动及其矿压显现 311 围岩变形破坏特征 1煤壁片帮 观测开始时,由于工作面距 离回撤通道较远,回撤通道受工作面采动影响较 小,煤壁有少许片帮,且深度相对较小,一般100 ～300mm,但片帮块度较大,主要发生在工作面 侧。自2008年4月30日开始,回撤通道受工作面 采动影响逐渐增强,煤壁片帮愈显剧烈,片帮块度 和范围逐渐增大。随工作面的临近,回撤通道靠辅 回撤通道一侧煤壁片帮也逐渐加剧,最大片帮深 800mm,工作面距通道316m时,大块度片帮煤埋 压多个垛式支架。 2顶板下沉 自2008年4月30日21时工 作面距主回撤通道17m至5月3日1时工作面贯 通,对主回撤通道内安设有支架压力记录仪的支架 进行活柱缩量观测。 在工作面末采期直到贯通的过程中,垛式支架 活柱下缩量持续增大,从图2可以看出,活柱缩量 增大明显分为2个时段。从通道前方17m至316m 为第1个阶段,该时段持续时间约39h,持续推进 步距1314m,支架活柱缩量3719～134mm,下沉速 度0197～3144mm /h。 图2 主回撤通道内支架活柱下缩量变化曲线 从工作面位于通道前316m开始至采通为第2 个阶段,该时段持续时间约13h,推进步距316m, 支架活柱缩量248～41615mm,下沉速度19108～ 32104mm /h。由此可见,在观测期内通道受超前支 承压力影响,巷道围岩持续变形,当工作面距通道 316m时,顶板下沉量迅速增加,两帮移近量增大, 巷道围岩变形破坏严重,矿压显现剧烈。 3其他矿压显现 受工作面采动超前支承 压力影响,通道内单体支柱损坏严重,据统计 15104工作面主回撤通道内单体支柱折损率达 36。由现场观察可知, 2008年5月1日16时工 作面距通道约9m时,通道内存在明显顶板断裂响 声, 5月2日3时工作面距回撤通道715m时,顶 板掉渣,声响持续增大,有明显而猛烈的闷雷声, 煤柱内煤体也有明显断裂声响。 312 垛式支架工作阻力 1测站 Ⅰ 从观测结果图 3 可以看出, 工作面推进至距主回撤通道约18m,支架工作阻力 一直较平稳,并保持在6210kN左右,自此至工作 面距主回撤通道约9m,支架工作阻力有小幅提高, 增大到6665kN;此后,支架工作阻力开始突变。 工作面推进至距主回撤通道约316m时,支架工作 阻力突变至9186kN,此后至回撤开始,支架工作 阻力没有较大幅度变化,基本保持稳定。 图3 测站 Ⅰ 支架工作阻力分布 2测站 Ⅱ 图4的观测结果表明,工作面 推进至距主回撤通道约8m前,支架阻力基本稳 定,此后开始突变。工作面推进至距主回撤通道 6m左右时,支架工作阻力达到最大值约10926kN。 此后,工作阻力基本保持稳定,但支架工作阻力普 遍大于支架额定工作阻力10000kN。 图4 测站 Ⅱ 支架工作阻力分布 3测站 Ⅲ 图5的观测结果表明,工作面 推至距主回撤通道约813m前,支架工作阻力基本 保持稳定,约6300kN;此后,支架工作阻力开始 突变,工作面推进至距主回撤通道约316m时,支 架工作阻力达到最大值10518kN;此后支架工作阻 下转59页 68 总第86期煤 矿 开 采2009年第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 86型液压锚杆钻机,中空六方钻杆,28 mm 人字型钻头;打帮锚杆用ZFS12型煤风动钻机; 打卸压孔用QFZ222轻型防突钻机。 31314 施工顺序 爆破落煤 → 临时支护 → 铺顶网 → 打顶板锚杆孔 → 安装顶板钢带和锚杆 → 出渣 → 挂巷帮网 → 安装巷 帮钢带和锚杆 → 联网。 31315 矿压观测与分析 为了较全面地揭示复合顶板巷道在 “ 超高强 让压锚杆M型钢带钢笆网锚索与卸压孔 ” 联合支护形式中煤岩的运动规律和变形情况,设置 了3个变形测试断面,主要测试巷道两帮内挤和顶 板下沉量。 测试结果如图2所示。 图2 测试断面位移曲线 测试结果表明,联合支护技术后,大大提高了 围岩的整体性和围岩强度,由被动支护转化为主动 支护,从而有效控制了巷道顶板下沉、两帮内挤和 底鼓,顶板平均下沉量5110mm,两帮平均内挤 6914mm,且巷道的后期变形均较小,已趋于稳定。 4 结束语 实施 “ 超高强让压锚杆锚网M型钢带梁 锚索卸压孔 ”联合支护技术后,形成的联合 支护结构能够满足深埋高应力碎裂围岩返修巷道的 支护和稳定要求。可以充分发挥锚杆、锚索、联合 支护的优点,充分利用了超高强让压锚杆、锚索的 长度、韧性、刚度等属性互相补充、互相强化,刚 柔并济,形成了高强度、高弹性的稳定承载体,能 够解决松软超高地应力巷道的强度低,扩容变形量 大,扩容应力大,稳定性差等支护难题,对国内外 的巷道支护都有一定的指导意义。 [责任编辑王兴库] 上接86页 力基本保持稳定。支架工作阻力发生突变后,普遍 大于额定工作阻力10000kN。 图5 测站 Ⅲ 支架工作阻力分布 15104工作面末采期间, 3个测站观测分析结 果表明,工作面距主回撤通道约9～8m时,通道 顶板及两帮出现变形;工作面停采前316m时,围 岩变形和支架工作阻力发生突变,矿压显现剧烈。 4 结论与建议 1工作面推进至距主回撤通道约316m之 前,通道顶板下沉量平稳增加;此后,顶板下沉产 生突变式的增大,通道煤壁片帮严重,单体支柱折 损较多,矿压显现异常剧烈。 2工作面距主回撤通道9～8m前,通道内 垛式支架工作阻力较平稳,工作面推进至距主通道 约316m时,支架阻力达到最大值,且超过支架额 定工作阻力。 3工作面推进至距主通道约9m时,超前支 承压力对通道围岩影响逐渐增大,因此,在此之 前,必须完成对通道围岩的加强支护。 4垛式支架是支护顶板的有效形式,且其 额定工作阻力应在10000kN以上,避免发生通道 顶板的冒顶事故。 5对主回撤通道两帮的支护应进一步加强, 以防煤壁严重片帮。 [参考文献] [1 ]陈炎光,陆士良 1中国煤炭巷道围岩控制[M ]1徐州中国 矿业大学出版社, 19941 [2 ]赵俊辉,等 1回撤通道贯通回采期顶板岩层控制研究[ J ]1 技术经验及应用, 2003 51 [3 ]米新民 1康家滩矿88101综采面通道贯通回采期间的顶板岩层 控制分析[J ]1山西煤炭, 2005 21 [责任编辑毛德兵] 95 卿水利深井复合顶巷道卸压 让压综合支护技术2009年第1期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.