大断面切巷不稳定围岩联合支护技术应用.pdf

382020 年第 5 期 收稿日期 2019-12-04 作者简介 赵亚新（1987-），男，毕业于河南理工大学采矿工 程专业，本科，助理工程师，现就职于大同煤矿集团忻州窑矿生 产技术科，从事煤矿技术管理工作。 大断面切巷不稳定围岩联合支护技术应用 赵亚新 （大同煤矿集团忻州窑矿，山西 大同 037001） 摘 要 为了提高大断面切巷围岩稳定性，保证工作面设备安全快速安装，对 8507 工作面切巷顶板采取水力造穴卸压技 术，对顶板提出“交错叠加式 JW 型钢带 走向锚索吊棚 架设“井”字型木垛”联合支护措施，对巷帮采取走向交错式 锚杆支护，取得显著成效。 关键词 切巷 卸压 支护 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.014 Application of Combined Support Technology for Unstable Surrounding Rocks in Large- section Cut-out Zhao Ya-xin （Xinzhou Kiln Mine, Datong Coal Mine Group, Shanxi Datong 037001） Abstract In order to improve the stability of the surrounding rock and ensure the safety and rapid installation of the working face equipment, the hydraulic hole making and pressure relief technology is adopted for the 8507 working face roof, the combined support measures of “staggered superposition JW type steel belt directional anchor cable hanging shed erecting“ well “shaped wood crib“ are proposed for the roof, and the directional staggered anchor bolt support is adopted for the roadway side, with remarkable results. Key words cut roadway pressure relief support 1 概述 大同煤矿集团忻州窑矿 8507 工作面位于井田 东盘区，工作面东部为 14-3层东二盘区 5307 废 巷，南部为 14-3层东二盘区 8307 工作面，西部为 14-3层东三盘区 8509 工作面，北部为 14-3层东 三盘区集中回风、轨道、皮带大巷。 8507 工作面可采长度为 543m，切巷长度为 150m，回采煤层平均厚度为 3.27m。煤层结构简单， 煤层倾角为15， 平均3。 工作面中部高， 两边低， 大致呈背斜构造。工作面煤层走向为北东、南东， 倾向为北西、南西。工作面顶板存在伪顶，主要以 炭质泥岩为主，平均厚度为 0.7m；直接顶主要以煤、 泥岩、砂岩混合岩层为主，平均厚度为 2.1m；基本 顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为 11.7m。 8507 切 巷 设 计 断 面 规 格 为 宽 高 7.03.3m，切巷采用掘进机与松动爆破联合施工 工艺，即掘进机一次性成巷，巷道断面规格为宽 高 4.53.5m，松动爆破扩帮施工，扩帮断面规格 为宽 高 2.53.5m。由于巷道施工断面规格大， 切巷掘进完成后预计 2.5 个月后方可进行工作面设 备安装，为了防止顶板应力集中导致围岩变形、破 碎现象，决定对切巷顶板采取水力造穴卸压技术以 及对围岩采取联合支护技术。 2 水力造穴卸压技术 2.1 技术原理 不稳定软岩或煤体在应力作用下，煤岩体内部 产生裂隙，使得应力在裂隙区内进行卸压作用，从 而加剧了煤岩体破坏程度。水力造穴卸压技术主要 通过专用设备在煤岩体内指定位置施工造穴钻孔， 但未破坏煤岩体结构稳定性，从而人工形成应力卸 压区。煤岩体在应力作用下，造穴钻孔四周煤岩体 发生膨胀变形现象，并向造穴钻孔内进行位移，从 而实现卸压目的，大大削弱了集中应力对煤岩体破 坏作用。 392020 年第 5 期 2.2 造穴钻孔位置确定 对 8507 切巷应力区顶板施工三个深度为 8.0m 窥视钻孔，对孔壁成像观察发现，在钻孔 03.0m 范围孔壁岩体破碎相对严重，在该范围内形成围岩 松动圈；在 3.05.0m 范围内孔壁成型相对较好，但 局部区域裂隙发育；在 5.08.0m 范围内钻孔孔壁成 型完好。由于 8507 切巷直接顶主要以混合岩层为 主，极易破碎，为了不破坏原顶板岩体稳定性，同 时达到卸压目的，决定将造穴钻孔施工在顶板往上 4.05.0m 范围内。 2.3 造穴钻孔施工工艺 （1）通过对切巷顶板观察发现，巷道顶板应 力区成条带式布置，主要集中在巷道顶板中部，巷 道中部下沉现象严重，所以决定在切巷中线处顶板 依次布置造穴钻孔。 （2）首先采用 TMZX-18 型矿用钻机、中空钻 杆以及合金钻头对切巷顶板施工普通钻孔。钻孔深 度为 5.0m，钻孔直径为 90mm，钻孔向采空区方向 以 75夹角布置。 （3）普通钻孔施工到位后对钻机更换旋转式 钻头进行水力造穴施工。造穴时从钻孔底部向孔口 方向施工，造穴长度为 0.8m，造穴宽度为 0.4m， 造穴后及时清理钻孔内煤屑。 （4）8507 切巷造穴钻孔间距为 10m，钻孔施 工完后对钻孔孔口处采用膨胀水泥进行封堵，封堵 长度不得低于 0.5m，并在钻孔口处安装有害气体监 测仪，每班检测、记录孔口处气体浓度，若浓度超 限时必须及时处理。 3 切巷围岩联合支护措施 3.1 顶板支护措施 为了进一步提高顶板稳定性，防止顶板卸压期 间出现下沉、破碎现象，决定对 8507 切巷顶板采 取“交错叠加式 JW 型钢带 走向锚索吊棚 架设 ‘井’字型木垛”联合支护措施 3.1.1 交错叠加式 JW 型钢带施工 （1）由于 8507 切巷施工宽度为 7.0m，巷道每 掘进 1.0m 后顶板需施工两根长短“JW”型钢带。 其中长钢带长度为 4.0m，宽度为 0.28m，每根钢带 上均匀布置 5 个支护孔，孔间距为 0.9m；短钢带长 度为 3.0m，宽度为 0.28m，每根钢带上均匀布置 4 个支护孔，孔间距为 0.9m。 （2）切巷全断面施工完后依次对顶板施工两 根“JW”型钢带，两根钢带收尾锚杆叠加布置，钢 带上配套长度为 2.5m、直径为 22mm 左旋无纵筋螺 纹钢锚杆。如图 1 所示。 （3）为了防止两根钢带接头对顶板产生切顶 破坏，相邻两排钢带中长短钢带迈步式布置。钢带 施工间距为 1.2m。 3.1.2 走向锚索吊棚施工 （1）为了代替传统顶板单锚索支护，8507 切 巷顶板施工走向锚索吊棚。每架锚索吊棚长度为 3.0m，棚梁采用长度为 3.0m、宽度为 0.18m 槽钢， 槽钢上焊制两个圆孔，孔间距为 2.4m。锚索采用长 度为 5.5m、直径为 17.8mm 钢绞线。 （2）锚索吊棚与巷道走向平行布置，且采用 “三.二.三” 布置方式， 即第一排布置三架锚索吊棚， 棚间距为 2.5m，吊棚距巷帮间距为 1.0m，吊棚锚 索施工在相邻两排钢带之间，锚索排距为 2.4m。 （3）第一排锚索吊棚施工完后施工第二排锚 索吊棚，第二排锚索吊棚共计施工两架，锚索吊棚 间距为 2.5m，两架吊棚距帮间距为 2.25m。第三排 锚索吊棚与第一排工艺相同，相邻两排锚索吊棚排 距为 1.2m。 3.1.3 架设“井”字型木垛 （1）为了进一步提高切巷顶板稳定性，切巷 施工完后在巷道内架设两排“井”字型木垛。木垛 排距为 4.0m，间距为 5.0m。 （2）木垛主要由长度为 1.2m、宽度为 0.3m 道 木架设而成。在架设道木时上下两排木垛成“井” 型布置，直至木垛与顶板接触严实。架设木垛时必 须保证垂直顶板，且同一排木垛在一条直线上。 图 1 8507 切巷围岩支护断面示意图 3.2 巷帮支护措施 （1）为了便于后期工作面回采，对切巷两帮 采用玻璃钢锚杆、聚氨酯塑料网进行联合支护。玻 （下转第 42 页） 422020 年第 5 期 璃钢锚杆长度为 2.0m，直径为 18mm，聚氨酯塑料 网每卷长度为 4.0m，宽度为 2.0m。 （2）巷帮共计施工三排护帮，第一排距顶板 间距为 0.5m，护帮间距为 1.3m，排距为 1.0m，三 排锚杆成“五花”交错式布置。所有锚杆外露端安 装一块长度为 0.4m、宽度为 0.2m 玻璃钢方垫。 4 应用效果 8507 切巷于 2019 年 2 月 11 日施工到位，2019 年 4 月 27 日开始对工作面安装设备，5 月 22 日工 作面设备全部安装到位。通过 2 个月切巷围岩变形 情况观察发现，巷道顶板采取水力造穴卸压后，有 效降低了集中应力对顶板承载梁破坏作用，减少了 顶板裂隙发育带。对切巷围岩采取联合控制措施后， （上接第 39 页） 通过预裂爆破进行切顶卸压后，在切缝附近往 往会出现顶板破碎甚至伴随局部大面积垮落的现 象。随着工作面的推进，邻近采空区附近的围岩垮 落，对工作面的支护与推进造成严重影响 [6]。针对 这种现象，提出在工作面回采结束前，对切缝超前 工作面的 25m 位置处进行单体加强支护的技术手 段。即在切缝侧巷旁采用 11工钢配合单体支柱进 行围岩稳定性控制，各单体支架与 11工字钢的相 邻间距均 0.6m。在顶板破碎严重，支护困难的区 域，需利用钢筋网进行支护加固，钢筋网的规格为 2300mm800mm。 3 效果 在 10-102 工作面进行了顶板离层监测、支柱 下缩量记录与巷道侧向应力的监测。监测结果表 明，巷道离层现象在与开切眼超过 95m 时逐渐趋 于稳定。其中，顶板离层的最大值为 55.3mm，顶 板离层的平均值为 26.4mm，顶板离层程度属于中 等水平；加强支护的单体支柱的活柱最大下缩量为 198mm，支柱承载压力在正常范围内；巷道侧向压 力在远离工作面推进方向 28m 处逐渐趋于稳定，侧 向压力平均值为 2.3MPa，支护区域围岩稳定，没有 出现大面积垮落、片帮的现象，围岩稳定性得到了 有效控制。 4 结语 以 10-102 工作面为研究对象，针对切顶卸压巷 道复合顶板破碎严重、维护困难的难题，设计并实 施了巷道加强支护技术。通过对支护区域进行的顶 板离层监测、支柱下缩量记录与巷道侧向应力监测， 表明该工艺能够有效控制围岩变形情况，保证围岩 体结构的稳定性，消除工作面潜在的矿压威胁，实 现矿井回采工作面的快速推进与安全回采。 【参考文献】 ［1］ 吴松，陈鹏 . 切顶卸压沿空留巷巷旁挡矸支护技 术研究与应用 [J]. 能源与环保，2019，41（03） 161-165. ［2］ 王琳，冯洪涛 . 综采工作面切顶卸压沿空留巷端 头及超前支护技术优化 [J]. 能源与环保，2019， 41（06）120-123. ［3］ 张洋，梁宁宁，赵宾 . 深部煤层综采工作面切顶 卸压沿空成巷技术[J].煤矿安全， 2017， 48 （09） 92-95. ［4］ 刘文娟 . 注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案 例 [J]. 科学技术与工程，2017，17（20）270- 276. ［5］ 林登阁，韩立军，易恭猷 . 注浆锚杆支护设计与 应用 [J]. 建井技术，1996（04）45-48. ［6］ 何满潮，陈上元，郭志飚，等 . 切顶卸压沿空留 巷围岩结构控制及其工程应用 [J]. 中国矿业大学 学报，2017，46（05）959-969. 防止了顶板破碎、冒落现象。在切巷施工后 10d 内， 受顶板蠕动变形影响，切巷顶板局部出现下沉现象， 最大下沉量为 0.27m，但是未破坏顶板整体连续稳 定性，保证了巷道成型效果和工作面安装需求。 【参考书目】 ［1］ 吴雁 . 大断面切巷施工与支护技术 [J]. 石化技术， 2019（10）4365. ［2］ 王宏昌 . 大断面切巷破碎顶板联合维护措施研究 [J]. 山东煤炭科技，2019（10）57-58. ［3］ 李从盼 . 矿井巷道大断面切眼施工与支护技术研 究 [J]. 现代矿业，2019（07）281-282. ［4］ 张刚 . 双马煤矿大断面切眼巷道锚杆支护设计研 究 [J]. 中国煤炭，2019（08）100-105. ［5］ 黄春光 . 高应力复合顶大断面煤巷支护参数优化 研究 [J]. 能源与环保，2016（06）130-135.