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 自然科学

非均质孤岛应力区大断面软岩巷道支护技术研究

发布时间:2020-03-05 点击: 来源:世界有色金属
常村煤矿2-1煤和2-3煤平均煤厚达11米,自燃性等级均属一级,极易自燃。煤层底板自下而上依次为底砾岩、砂岩、泥岩、炭质泥岩,伪顶为细砂岩、直接顶多为泥岩、老顶为泥岩。其中泥岩、炭质泥岩强度较弱,抗风化、抗水能力差,遇水后易膨胀、流变,很难抵御冲击地压对巷道支护的破坏,致使造成巷道变形加快。虽然巷道先后采用了锚网(索)喷、架25U(29U、36U)型钢拱型支架以及锚网喷架联合支护等多种支护方式,都难以控制巷道变形,严重影响了矿井的安全生产。且巷道采用锚网(索)喷、支架U型钢拱型支架,施工掘进和修护工期较长、材料费用投入较高、工人劳动强度大、断面利用率较低、维修任务繁重而艰巨[1]。
近年来,义煤集团常村矿转入深部开采,采深已近800米,矿压大,煤炮次数多,且强度大,瓦斯涌出量呈上升趋势,巷道支护破坏严重,生产条件恶劣。受采深影响,冲击地压活动也十分频繁,致使巷道维护困难。尤其是准备工作面勉强贯通后就要投入大量的人力、物力进行安装前的整修,两巷变形严重段扩修近600米,巷道维护周期不足三个月,需反复多次维修,作业环境依然较差,安全形势异常严峻。本文分析了“孤岛”区对巷道支护的不利影响,针对21区运料石门目前巷道支护存在的问题,在原有支护技术的基础上,提出以锚杆注浆加固为主导的主动加固形式,从根本上改变岩体结构及其力学性能,通过现场应用,结合支护监测监控结果,实现了稳定可靠和可补强的支护效果。
1 “孤岛”区对巷道支护的影响
由于矿井开采的布局、开采能力、开采时间顺序及为开采服务的关键工程预留岩煤柱等因素影响,使一些小区段和较小储量的煤层块段的开采时间要推后,周围已采空形成应力孤立块段,在矿区称之为孤岛;孤岛应力与变形之间的关系称之“孤岛应力场现象”。如21区内采面和巷道布置集中,动压显现尤为剧烈,对这一区内的开拓、准备和回采巷道造成很大破坏,支护更为困难。在孤岛状态下,对巷道支护有以下不利影响[2]:
(1)反复回采的影响,使孤岛块段巷道地应力递增,甚至数倍增长。
(2)孤岛块段的岩层整体性、层状延续性遭到较大破坏,围岩的岩层(岩体)和岩石(岩块)强度失去,围岩的自稳性丧失。
(3)孤岛块段的应力不均匀姿态最为突出。孤岛块段的巷道掘进极易冒落,给掘进支护和巷道永久支护都带来极大难度。
(4)孤岛块段的巷道围岩吸水膨胀率,为普通围岩的130%以上。
(5)孤岛块段的巷道围岩水平应力、底鼓状况将更为突出。
(6)孤岛块段的巷道支护极易成为应力集中带,支护承载力高于其它围岩状态下的数倍。
(7)孤岛块段的巷道支护,要承受反复多次的围岩压力破坏。
如图1所示,为常村煤矿孤岛块段巷道支护遭冲击地压破坏状况。
图1 常村煤矿孤岛块段巷道支护遭冲击地压破坏状况
常村煤矿为斜井多水平盘区开拓方式,开采煤层(2-1、2-3煤)具有缓倾斜、厚度大的特点,多水平,倾斜分层,走向长壁式采煤法,采用全部陷落法管理顶板,就会使孤岛块段的应力不均匀姿态更为突出。
2 支护巷道基本情况
21区运料石门巷道地面位于符家沟以西,范家沟以南,地表西高东低,崎岖不平,典型的低山丘陵地貌,地表有几条山沟,无水。巷道位于21采区三条下山煤柱中,平面在27轨道以东,已采毕的21011工作面以西,北部与110皮带大巷相通,向南与2101回风巷贯通。由三叠系上统泥砂岩互层逐步穿过侏罗系中统下段义马组2-3煤底板砾岩、泥砂岩互层之后进入2-3煤。巷道设计断面净宽6米,净高4.3米。