近距離煤層采空區(qū)下綜掘巷道頂板支護技術(shù)

1、近距離煤層采空區(qū)下綜掘巷道頂板支護技術(shù)1 概述本礦3#煤資源已經(jīng)枯竭，作為潞安集團最早的一個礦井，近年來致力于下組煤的開采，井田內(nèi)下組煤可采煤層為15-1和15-3,煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度分別為1.12米和1.52m,為近距離薄煤層，層間距極不穩(wěn)定，平均為4.83m。層間還有一層15-2煤層，平均厚度為0.43m，15-3煤層頂板為泥巖，層理、節(jié)理。裂隙發(fā)育，局部頂板為風化軟巖，穩(wěn)定性差，掘進和回采時頂板不易維護，易發(fā)生頂板事故。2 采區(qū)地質(zhì)概況井田位于沁水煤田的東部邊緣，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，地層走向近南北，向西傾斜?？傮w以寬緩的向斜、背斜為主。地層傾角較平緩，一般3°6°

2、。15-1煤層直接頂：為泥巖、砂質(zhì)泥巖，灰黑色，薄層狀，厚度2.675.19m,平均厚3.70m。性脆，砂巖中波狀層理發(fā)育，普氏系數(shù)1.9，屬軟巖。老頂：一般為石灰?guī)r，灰色，中厚層狀，厚度2.2017.95m,質(zhì)硬，垂直裂隙發(fā)育，局部有小溶洞，普氏系數(shù)6.38.2,屬堅硬巖石。直接底板：巖性為泥巖，深灰色灰黑色，薄層狀，厚度0.468.44m,含植物化石，性脆，致密，有節(jié)理，屬半堅硬巖石。15-3煤層直接頂板：巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，灰黑色，薄層狀，厚度0.535.71m,含植物化石，性脆，有節(jié)理，屬軟巖。直接底板：巖性為泥巖，巖相及厚度變化較大，深灰色灰黑色，薄層狀，含植物化石，厚度0.005

3、.90m,普氏系數(shù)2.02.3,屬軟巖石。老底：巖性為中粒砂巖，巖相及厚度變化較大，灰色，薄層狀，含植物化石，厚度0.809.50m,普氏系數(shù)3.7,屬半堅硬巖石。該采區(qū)為低瓦斯，最大相對瓦斯涌出量為9.26m3/t，最大絕對瓦斯涌出量為17.54m3/min；無瓦斯和二氧化碳突出傾向，煤塵具有爆炸性危險，具有自燃傾向。3采區(qū)巷道及工作面巷道布置3.1采區(qū)巷道3.1.1采區(qū)巷道布置725水平北翼采區(qū)為三巷聯(lián)合布置，分別為725水平回風巷、725水平軌道巷、725水平膠帶巷，其中725回風巷2081m，725軌道巷1623nl725膠帶巷1375m.其中725膠帶巷斷面為4400mr«

4、3000mm軌道巷斷面為4900mrK3850mm回風巷斷面為4200m由3000mm采區(qū)左翼設(shè)計3個工作面，采區(qū)右翼設(shè)計了2個工作面，其中一個為15-3煤層工作面，即15302工作面順槽走向長1710nl傾余長180nl兩條順槽巷道為矩形斷面，斷面大小為4200mm：2400mm切眼斷面為6000mrK2400mm3 .1.2采空區(qū)下巷道掘進及維護設(shè)計15302工作面順槽巷道均沿15-3層頂板掘進，膠帶順槽在上層15102工作面采空區(qū)下掘進，15302軌道順槽采用外錯式在煤柱中掘進，支護形式為錨桿、錨索聯(lián)合支護，工作面巷道非采面幫掛金屬網(wǎng)，采面幫掛尼龍網(wǎng)?；緟?shù)如下:膠帶順槽采11#礦用工

5、字鋼架棚支護，棚距為1000mm兩幫背三根剎桿，間距為600mm頂背八根剎桿，間距為500mm。軌道順槽錨網(wǎng)支護：工作面非采面幫及頂板錨桿采用20M222000mm旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿；工作面采面幫錨桿為20M22-2000mmft強度玻璃鋼樹脂錨桿；間排距為900mx1200m金屬菱形網(wǎng)規(guī)格1000mm：9600mm10#鐵絲編制，網(wǎng)孔規(guī)格（mrm:40X40。頂部上鋼筋托梁，采用14鋼筋焊接而成，寬度70mm長度3.8m。錨索采用18.97300mn!W絞線，錨索托板為300mme300mme6mm高強度鋼板，錨索為單排布置，位于巷道頂板正中，間距為3600mm。3.2工作面順槽巷道掘進及

6、礦壓分析3.2.1 巷道掘進由于15-3煤層與15-1煤層屬近距離煤層，平均間距為4.83米，且層間距極不穩(wěn)定，膠帶順槽布置在采空區(qū)下，上層采空區(qū)已形成近兩年時間，采空區(qū)壓力已經(jīng)穩(wěn)定，掘進中壓力顯現(xiàn)不明顯，局部由于層間距較薄，出現(xiàn)頂板塌透，與采空區(qū)聯(lián)通，造成工鋼棚壓力顯現(xiàn)，為防止塌透點漏風，引起采空區(qū)煤層自燃，已采取噴漿措施。軌道順槽布置在煤柱內(nèi)掘進，掘進時壓力顯現(xiàn)明顯，在15302軌道順槽采面幫部分玻璃鋼錨桿折斷，巷道片幫嚴重，玻璃鋼錨桿失效多，頂板壓力大，局部出現(xiàn)頂板下沉，最大下沉量搭300mm，巷道底板出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，底鼓量最大達300mm。3.2.2 礦壓規(guī)律及支護形式分析巷道頂板破壞的

7、主要原因是:煤柱內(nèi)圍巖應(yīng)力集中程度高，在巷道開掘后，破壞了圍巖的穩(wěn)定性，圍巖由原來的三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)殡p向應(yīng)力，巖層產(chǎn)生塑性壓縮變形破壞，垂直方向的變形與碎脹擴容引起巖層的彎曲下沉。軟弱夾層的存在造成頂板容易產(chǎn)生松動和破壞范圍的延伸，導致局部頂板下沉。我礦近距離煤層采空區(qū)下巷道壓力顯現(xiàn)原因分析: 15302軌道順槽采面幫失效支護多，巷道片幫嚴重，主要原因是玻璃鋼錨桿的錨固力小，僅為60KN當巷道壓力增大時，不能有效滿足支護要求。 15302軌道順槽在煤柱中掘進，由于上覆15-1煤層15102工作面已回采，15302軌道順槽巷道左幫處在煤柱集中高應(yīng)力的作用下，巷道出現(xiàn)強烈來壓。圍巖的絕對位移量較大

8、；在煤柱高支承壓力的作用下回采巷道一定深度的底板巖層受到拉應(yīng)力的作用產(chǎn)生離層，抗彎剛度降低，由于兩幫煤體在支承壓力作用下向巷道內(nèi)移動，同時產(chǎn)生水平應(yīng)力，相對完整的底板被壓曲破壞，產(chǎn)生褶皺性底鼓，如果底板節(jié)理裂隙較發(fā)育則會產(chǎn)生沿裂隙面滑移，產(chǎn)生擠壓流動性底鼓。在15302軌道順槽掘進至材料寬斷面處，巷道出現(xiàn)明顯的壓力，導致巷道變形嚴重，巷道失效增多，巷道頂板開始出現(xiàn)離層現(xiàn)象，主要原因是由于寬斷面處斷面增大為4800m睇2400mm巷道跨度增大，加之施工過程中質(zhì)量控制不到位，造成了巷道出現(xiàn)明顯變形。3.2.3 采取的安全技術(shù)措施為了提高巷道頂板的穩(wěn)定性，在15302軌道順槽采取了復合支護形式，即錨

9、索加工鋼棚聯(lián)合支護，頂板每兩米打設(shè)一排錨索，每排兩根，間距為2米，并架設(shè)工字鋼棚，棚距為0.6米。為了解決幫錨桿拉斷、失效，巷道片幫問題，將15302軌道順槽采面幫玻璃鋼錨桿更換為高強度螺紋鋼錨桿，錨固力達到130KN，使錨桿支護系統(tǒng)剛度大大增強，有效地控制了巷幫變形。通過以上支護工藝變更后，巷道維護雖得到了一定改善，但由于15-3煤層頂板層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差。為此，在試驗的基礎(chǔ)上，在頂板支護采取錨索加強的基礎(chǔ)上又補打一排錨桿，間距為0.9米，排距為2米，形成錨桿、錨索交叉，主動與被動支護聯(lián)合的方式加強頂板管理。采用錨網(wǎng)梁索加工字鋼棚聯(lián)合支護形式，基本能保證有效地控制頂板下沉，控制了巷道里幫片幫變形，但高應(yīng)力集中還是會通過巷道弱面向巷道空間內(nèi)進行釋放，在底板較完整段會出現(xiàn)輕微的兩幫移近，在底板較松軟時則會出現(xiàn)較為明顯的底鼓。在15302軌道順槽后續(xù)的掘進過程中，出現(xiàn)工鋼棚輕微變形處，及時沿巷內(nèi)掘進皮帶打設(shè)一排點柱，出現(xiàn)失效支護及時更換、修復，并嚴格按錨網(wǎng)支護要求，及時安裝頂板離