煤矿动载冲击地压巷道围岩联合控制技术.pdf

2020 年 7 月2020 年第 7 期 伴随着中国煤炭产业的持续发展，井下煤层回采 深度也不断增加，这使得回采时所处的作业环境越发 复杂，冲击地压灾害的发生越发普遍，逐渐成为制约 矿井生产安全的主要因素之一。一般来说，冲击地压 灾害可分为静载型和动载型两大类，其中，动载冲击 地压主要指煤矿采掘作业造成的采掘空间应力重新分 布，达到或接近周边煤岩体承载极限，在发生顶板断 裂、断层滑移、煤体失稳等现象时，煤岩体发生的瞬 间破坏现象，对矿井生产安全的威胁巨大[1]。鉴于此， 针对动载冲击地压问题开展针对性探究，进而总结具 有针对性的巷道围岩控制技术，对于更好地确保矿井 生产持续安全开展意义重大。 1工程概述 A 矿井下 20 采区回采巷道埋深超过 800 m，采区 作业面主采煤层为厚度均值 5.2 m 的 2煤层。由于井 下采掘作业相对集中，彼此干扰巨大，加之所采煤层 上部以巨厚砂砾岩层为主，伴随着回采深度的不断增 加，巷道周边煤岩体中原岩应力与采动应力叠加现象 越发突出，使得局部应力高度集中。这使得巷道上部 覆岩中积聚的大量弹性势能在释放时会对巷道围岩造 成显著破坏。根据现场实际探测，在 20 采区巷道掘进 施工期间，先后发生多起微震事件，矿压显现剧烈， 其主要表现为巷道围岩变形剧烈，锚杆 （索） 脱落严 重，支护承载体丧失承载功能，局部区域围岩变形量超 过 3 000 mm，严重影响生产作业的安全进行。图 1 所 示为矿井地质柱状图。分析图 1 可知，所采煤层上部直 接顶多为泥岩，回采时出现顶板脆断，发生冲击地压的 概率非常高。 图 1矿井地质柱状图 收稿日期2020-03-25 作者简介闫化良，1989年生，男，山西大同人，2015年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，助理工程师。 煤矿动载冲击地压巷道围岩联合控制技术 闫化良 （ 同煤集团王村煤业公司综采二队，山西 大同 037003 ） 摘要 以煤矿动载冲击地压巷道围岩联合控制技术为对象开展深入探究。结合具体工程实际，在分析巷道冲击地压 破坏特征的基础上，对巷道支护优化措施开展总结探究，提出“深部围岩卸压 浅部围岩支护 巷道表层加强防护”的 多层次防控技术，实现了对巷道围岩稳定性的有效提升，从而实现了矿井作业综合效益的提升。 关键词 矿井；动载冲击地压；巷道支护；围岩控制 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0089-02 Combined Control Technology of Surrounding Rock in Coal Mine Dynamic Rockburst Roadway YAN Hualiang No.2 Team for Fully Mechanized Mining of Wangcun Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Datong 037003, Shanxi, China AbstractThis paper deeply explored the combined control technology of surrounding rock in coal mine dynamic rockburst roadway. Combined with the specific engineering practice, based on the analysis of the rockburst failure characteristics of the roadway, it summarized and explored the optimization measures of the roadway support, put forward the multi-level prevention and control technology of “pressure relief of deep surrounding rock support of shallow surrounding rock strengthening protection of the roadway surface layer“, realized the effective improvement of the stability of the roadway surrounding rock, and thus realizing the improvement of the comprehensive benefits of the mine operation. Key words mine; dynamic rockburst; roadway support; surrounding rock control （总第 178 期） 技术研究 厚度/m 最小最大 平均 地层单位 界系统组 白 垩 系 K 上 统 J3 中 生 界 Mz 侏 罗 系 J1 中 统 J2 义 马 组 J21 马 凹 组 J23 柱状 0300 150 0435 410 0253 166 027.1 11.1 047.7 22.3 076.7 41.5 068.3 17.8 上段为杂色砾岩、 下段为灰绿砂砾岩 岩性描述 砾岩泥质、 钙质 胶结 砾岩、 间夹砂泥岩， 泥岩钙质胶结 1组煤 深灰-灰黑色泥岩 2组煤浅部含煤 3层， 深部合并为 1层 主要为砾岩， 局部 为泥岩， 底部为 砂岩 89 2020 年第 7 期2020 年 7 月 2巷道冲击破坏特征分析 A 矿井下深部回采作业中其巷道多布设于煤层中， 底板通常留设有厚度 500耀1 500 mm 的底煤，巷道断面 多为拱形。在巷道掘进作业时，其支护多选用“锚网 索U 型钢棚单体液压支柱”的联合支护方式；在回 采阶段，可根据需要在巷道内增设液压抬棚或巷道支 架。而根据对该矿以往生产实践数据的汇总分析可知， 其所发生的巷道围岩冲击破坏主要表现出以下特征 a 瞬间变形量大。巷道围岩变形量相对较大且经历时 间较短，通常在几百毫秒到几秒间便发生了较大变形。 变形的主要形式为顶板发生重力砸垮式下沉、底板鼓 出、巷帮层裂挤出。b 巷道出现严重底鼓。由于巷道 底板留设有一定厚度的底煤且未采取任何防护措施，其 成为整个巷道支护体系的薄弱点，冲击地压现象发生时 容易在底板寻找到冲击破坏突破口，进而造成两帮及顶 板锚固围岩出现大范围变形现象。c 变形破坏程度与 冲击地压震源能量呈正相关。当震源能量不超过 104 J 时，通常只会造成局部的片帮或喷层弹射现象；当震 源能量超过 105 J 时，则巷道围岩会出现大变形破坏或 瞬间的摧垮式破坏。d 发生冲击破坏前，围岩缓慢变 形较为严重。鉴于 A 矿现阶段服务巷道埋深普遍较大， 围岩裂隙和结构面发育明显，巷道整体承载能力较弱， 底板不仅留底煤且未支护，造成巷道自开挖时便开始 出现塑性变形及扩容变形，为冲击地压发生时的大变 形提供了前提条件。e 锚杆支护体系失效。在动载冲 击地压的作用下，A 矿巷道现有锚杆支护体受影响显 著，锚杆支护体系失效严重，多表现为锚杆移位、破 断，托板外翻，金属网撕裂等，巷道浅部围岩破坏造 成锚杆固有支护基础丧失，锚杆或围岩支护体出现整 体失效现象[2-4]。 3支护优化措施分析 结合 A 矿动载冲击地压巷道破坏特征对巷道围岩 支护开展优化探究，提出“深部围岩卸压浅部围岩支 护巷道表层加强防护”的多层次防控技术，其中，深 部围岩卸压是前提，浅部围岩支护是核心，巷道表层 加强防护是辅助[5]。图 2 所示为动载冲击地压巷道围岩 多层次控制体系示意图。 图 2动载冲击地压巷道围岩多层次控制体系示意图 3.1深部围岩卸压 在巷道掘进布设期间，采用爆破、大直径钻孔或煤 层注水等方式对巷道围岩进行联合卸压。作业时，在掘 进面布设两个爆破卸压钻孔，单个钻孔直径 125 mm， 深度 25 m，钻孔孔口与底板间隔 1 000耀1 500 mm； 在巷帮实体煤侧布设大直径卸压钻孔，单个钻孔直径 125 mm，深度 25 m，以 1 000 mm 为间隔随掘进面推 移布设，钻孔与底板间隔 1 000耀1 500 mm，倾角不超 过 3毅。同时，在巷帮实体煤侧每间隔 10 m 布设一个注 水钻孔，采用上下深浅交替布设的方式，上排钻孔与底 板间隔 1 500 mm，下排钻孔与底板间隔 1 200 mm，钻 孔 直 径 75 mm，深 度 介 于 80 耀90 m， 注 水 压 力 在 6.5 MPa 以上，注水时间为 14 d。此外，在巷帮底角间 隔 1 000 mm 布设与底板呈 45毅的钻孔，用于断底爆破。 3.2浅部围岩支护 巷道浅部围岩支护时，顶板及巷帮锚杆选用直径 22 mm、长度 2 400 mm 的高强度钢筋锚杆，锚杆布设 排间距为 900 mm伊1 000 mm；顶板锚索选用直径 22 mm、长度 6 300 mm 的钢绞丝锚索；巷帮锚杆选用 直径 22 mm、长度 4 300 mm 的钢绞丝锚索，布设排 间距为 1 800 mm伊1 600 mm。施工时，锚杆转矩为 400 N m，锚索预紧力为 260 kN。同时针对巷道破碎 松散特征，可进一步适度增大锚杆索预紧力，并为其 配设高 强度 的大 托板 （尺 寸为 250 mm伊250 mm伊 12 mm ） 和 W 型钢带，从而确保预应力的充分扩散， 显著提升围岩整体性[6]。 3.3巷道表层加强防护 结合矿井实际采用 U 型可伸缩性钢棚对巷道进行 表面防护，钢棚支架布设间隔为 1 200 mm。 4结语 深部回采作为矿井发展的必然趋势，确保巷道的安 全、稳定对于矿井长久发展意义重大。此次研究针对动载 冲击地压巷道围岩联合支护技术开展深入探究。通过在巷 道内布设监测站，对巷道围岩移动和锚杆 （ 索 ） 受力进行 监测。监测结果显示，采用优化后的联合支护技术，掘 进期间巷道围岩顶板下沉量最大不超过 120 mm，两帮 移近量最大不超过 500 mm，底板鼓起不超过 400 mm； 巷道锚杆索承载力均在安全允许范围内，且在巷道出 现微震事件时，未发生支护体系损坏现象。这充分说 明所设计方案实现了对巷道稳定性的有效控制。 参考文献 ［1］ 陈国祥， 郭兵兵， 镐振.圆形巷道围岩加速蠕变影响下冲击地 压的启动条件 ［J/OL］ .煤炭学报， 20205 1-8 ［2020-03-15］ . https //doi.org/10.13225/ki.jccs.2019.1059. ［2］ 王振.近距离煤层开采冲击地压预测与防治技术研究 ［J］ .煤 矿现代化， 20201 51-53. ［3］ 焦建康， 鞠文君， 吴拥政， 等.动载冲击地压巷道围岩稳定性多 层次控制技术 ［J］ .煤炭科学技术， 2019， 4712 10-17. ［4］ 吕可， 王金安， 李鹏波.冲击地压巷道周边动力放大效应及支护 参数调控策略 ［J］ .采矿与安全工程学报， 2019， 366 1168-1177. ［5］ 杨光宇， 姜福兴， 曲效成， 等.特厚煤层掘进工作面冲击地压综合 监测预警技术研究 ［J］ .岩土工程学报， 2019， 4110 1949-1958. ［6］ 景帅.冲击载荷下深埋特厚煤层顺槽围岩变形规律与支护技 术研究 ［D］ .西安 西安科技大学， 2019. （ 责任编辑刘晓芳 ） 矿震动载 高预应力强力 锚索 超高强、 高冲击 韧性锚杆 大直径钻孔 深部 卸压 浅部 强支 巷表 强护 90