大埋深厚煤层孤岛工作面沿空掘巷支护技术

摘 要：，全面进行理论分析和模拟，研究了大埋深厚煤层孤岛工作面沿空掘巷支护技术，实现了安全生产。

关键词：大埋深；厚煤层；孤岛工作面；沿空掘巷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.116

1 研究课题必要性

梁宝寺煤矿为避免地表下沉对建筑物等的破坏，采用条带开采方法。在村庄搬迁完毕以后，剩余的工作面均为孤岛工作面。所以研究孤岛工作面巷道的支护问题对梁宝寺煤矿的安全生产和经济效益尤为重要。大埋深厚煤层孤岛工作面沿空掘巷支护技术是亟需进行攻关研究的重大技术课题。

2 研究内容

地质条件分析；覆岩运动规律及支承压力分布变化规律资料分析；浅部沿空掘巷案例分析；构建梁宝寺矿采场结构力学模型，对采场支承压力分布特征进行理论分析；采场支承压力分布特征的数值分析；采场支承压力分布特征监测；确定合理的区段煤柱尺寸；确定合理的巷道支护形式；计算正确的巷道支护参数；对巷道围岩（动态）变形及支护质量进行监测。

3 研究基础

3.1 地应力测试

2013年，梁宝寺煤矿以地应力场原位测量和地应力分布规律研究为主要内容，结合煤矿安全开拓和安全生产的实际要求，利用深部岩土力学与地应力场“点—面”结合的分析测试方法，进行梁宝寺煤矿一号井地应力原位测量及地应力场分布规律的研究，为该矿巷道合理布置、支护参数设计、防冲防爆工程措施的制定等提供基础研究资料。主要结论如下：

（1）通过现场地质调查和资料分析，在对全国及山东省区域构造演化规律分析的基础上，总结了梁宝寺煤矿区域构造体系的四阶段演化规律和三种典型构造形式，确定了区域构造应力场最大主应力方向为南东向；

（2）根据构造体系分析结果，结合现场工程实际，确定了六个典型点，利用应力解除法进行了地应力原位测量，得出了典型点地应力大小和方向，地应力方向平均SE160°，与区域构造体系分析结果吻合；

（3）得出了梁宝寺煤矿地应力分布的主要规律：梁宝寺矿区地应力场方向为SE160°；地应力（最大主应力）为近水平方向，与水平面的夹角3°～9°，该区域地应力场以水平应力为主；地应力大小为18.8MPa～25.836MPa，平均值为21.907MPa，约为自重应力的1.093倍；-700m水平垂直应力平均为19MPa，-800m水平为22.2MPa，初步确定梁宝寺矿应力梯度为3.2MPa/100m；

（4）根据巷道布置方向与地应力场方向之间的关系，得出梁宝寺矿地应力分布对巷道稳定影响的三个分区：地应力影响轻微区、地应力影响较严重区和地应力影响严重区。

3.2 研究方法

在现场实测的前提下，必须在建立工作面沿空掘巷结构力学模型的基础上，选择合理的支护形式，计算正确的支护参数。本项目采用理论分析、工程类比、实验室实验、数值模拟计算研究、现场试验（实测）研究等综合研究方法：

采用实用矿山压力理论体系研究巷道失稳机理与破坏类型；应用岩石破坏过程分析软件计算围岩应力场与煤层应力分布规律；采用理论与现场研究相结合的方法，研究巷道支护技术；采用实验室研究方法研究沿空掘巷、联合布置的最佳方案；采取监测-补强-监测的技术途径，实现巷道的安全；根据具体煤层围岩特点，采取集成方法，完善现有安全监测系统，实现集中监测与控制。

4 深部非对称孤岛工作面巷道支护技术

（1）通过数值模拟和现场实测了3206工作面超前支承压力影响范围为95m，峰值位置为22m。工作面侧向支承压力在9m以内是随着深度是增加的，但是受工作面超前支承压力影响并不能明显表现出自己的规律。通过数据分析说明3m处煤体出现了完全破坏，工作面侧向煤壁破坏范围处于4～6m之间。通过“十字布桩”观测，顺槽顶板下沉量和两帮移近量的变形量和变形率随着采空侧压的增大而逐渐增大，空间上的非对称结构造成了轨道顺槽和皮带顺槽变形的不对称。通过对目测数据的分析可知，受采空侧压影响，工作面采空后部顺槽出现了不对称的变形破坏，随着采空侧压的增大，工作面采空后部的变形破坏越来越严重。

（2）针对3206工作面孤岛非对称的特点，采用“顶帮连体支护”的新支护技术，工作面顺槽两帮采用不同锚索支护方式，一帮采用30°锚索来增大煤帮支护面积；采空区一帮采用45°来加强顶板拉力。

5 主要措施

（1）锚杆布置方式：顶部两侧锚杆与水平成75°角，顶部其他锚杆与巷道顶板垂直。各顺槽各帮肩窝锚杆与水平方向成15°仰角布置，底角锚杆需与水平方向成15°俯角布置。各顺槽各帮其它锚杆水平布置。

（2）锚索布置方式：锚索设计在两排钢带的空隙中，即两排锚索的间距为850mm；每个帮一根，顶板三根。顶板三根锚索与顶板垂直，其中一根在巷道中部，另外两根在两侧对称布置。各顺槽各帮在中部布置一根锚索；临近工作面侧与水平成45°角，仰打入顶板，远离工作面侧与水平成30°角，仰打入顶板。锚索均在两派锚杆的间隙布置。

（3）在工作面见方位置（距巷道口900至1100米）应进行加强支护，支护段为在锚杆与锚杆锚之间加装16t让压管，锚杆间排距更改为0.7×0.8m，锚索间排距为1.1×0.8m。对见方位置煤柱侧及顶板喷浆，喷浆拖后迎头100m内，强度为C20，厚度为100mm。喷厚均匀，盖网严密，无露筋现象。喷浆后喷体洒水养护时间不少于28天，7天内每班洒水1次，7天以后每天洒水1次。

（4）遇大断层或顶板破碎段，应采用加强支护，采取U型钢架棚支护方式，顶板架11块枕木，间距500mm；两帮各架3块枕木，间距700mm，与顶底板间距200mm，棚间距1200mm。枕木尺寸22×16×250cm，u型钢弧段半径208cm，搭接范围40～50cm，圆弧段两段搭接，每段长3.83米；帮部采用一根支护，长2.3米；选用U型钢尺寸底宽×侧高×壁厚300×100×20。

（5）两端头处采用单体支柱架棚支护，采用四排支柱，与两帮间距500mm，架棚间距1200mm，超前段支护长度200m。

6 结语

根据梁宝寺煤矿地质生产条件，全面进行理论分析和模拟，研究实施了大埋深厚煤层孤岛工作面沿空掘巷支护技术，实现了安全生产。

作者简介：刘岩（1989-），男，山东济宁人，主要从事：专业技术工作。