卸压封底技术控制底鼓的研究与应用

黄义通,刘 扬,程传超,孙士明

(兖矿集团济宁二号煤矿)

卸压封底技术控制底鼓的研究与应用

黄义通①,刘 扬,程传超,孙士明

(兖矿集团济宁二号煤矿)

分析了兖矿集团济宁二号煤矿沿空巷道的地质条件,提出一种新的控制底鼓技术—卸压封底技术。卸压封底技术是利用巷道围岩在弹塑性变形剧烈期间,提前在巷道底板上开挖一道梯形的卸压槽,当巷道围岩应力重新分布释放时,通过卸压槽松动底板,使巷道围岩弹性能得到释放。在巷道变形进入相对稳定阶段后,为阻止底板岩层流变的继续发生,导致使底板两角逐渐向巷道中间移动,又及时采用底脚支护的方式控制底鼓。解决了沿空掘进巷道底鼓的难题,为今后沿空巷道与软岩巷道的施工探索出一条新的途径。

卸压封底;闭合封底;卸压槽

目前兖矿集团济宁二号煤矿小煤柱沿空顺槽掘进技术的应用虽取得了较好的效果,但沿空掘进巷道的底鼓问题一直是困扰着施工现场的难题;特别是该矿在施工2307轨顺、2303运顺、3304运顺等沿空掘进时,遇到的底鼓问题直到回采也没有得到有效地解决,造成巷道断面缩小,水沟、轨道破坏,给生产带来了很大的影响。所以,该矿在施工2308轨顺时对治理巷道底鼓技术进行了研究和探索,取得了较好的效果。

1 沿空巷道的地质条件

2308轨顺位于二采区中部,东到北翼大巷保护煤柱边界,南邻2307采空区,西到八里铺断层保护煤柱线,北邻设计的2309工作面。工作面上方有23上02采空区。工作面内煤层起伏变化大,煤层倾角2°～10°,平均5°;工作面东部煤层相对较薄,西部较厚,局部含0.4 m左右的泥岩夹矸1～2层。煤层普氏系数(f)1.91左右,为软～中等硬度煤层。根据2307面运输顺槽及二采区中部三维地震勘探资料分析,在掘进过程中将揭露落差2.0 m以上的断层5条以上,对掘进有较大的影响。受褶曲及八里铺断层的影响,面内次级褶曲发育,在褶曲两翼和轴部将伴生小型断层,地质条件较复杂。受地质条件的影响,巷道掘进后,最大的环向集中应力值达到73 MPa,巷道围岩岩层的平均单向抗压强度为50 MPa,所以随着巷道的不断掘进,围岩的蠕变速度、蠕变时间都在增加,特别是围岩岩性强度较低的层位,围岩变形更加剧烈,势必造成巷道不同层段不同部位的受力不均,就会造成巷道应力的分布不均,从而进一步加剧巷道变形;所以,未经支护的底板最容易遭到破坏,造成巷道底鼓。

2 根据地质条件,提出卸压封底技术

通过对二采区2308轨顺地质条件及掘进期间围岩的变形的观测、分析与研究,发现二采区底鼓主要原因是巷道围岩压力引起的,属于应力型底鼓,两帮与顶板的岩性强度远远高于底板强度,所以在岩柱的应力作用下岩层产生了塑性变形、流变和扩容,向巷道内挤压,这样就形成了弧状形底鼓,显现特征见图1。

针对这种显现特征在施工2308轨顺时创新了一种新的控制底鼓技术-卸压封底技术。

根据长期的巷道观测与研究,得知巷道在掘进后,围岩由于受不同的地质条件、掘进条件的影响,就开始在受力破坏,这一破坏过程一般分为4个阶段:

1)压密阶段,2)弹性阶段,3)塑性阶段,4)破坏阶段。而这4个阶段又是一个反复循环的过程,在巷道掘进过程中大部分围岩都是处于弹性或塑性阶段,而围岩在塑性阶段是巷道遭到破坏最为严重的时期,经过这个阶段后巷道围岩进入一种相对稳定阶段。

图1 弧状形底鼓显现特征图

3 卸压封底技术

卸压封底技术就是利用巷道围岩在弹塑性变形剧烈期间,提前在巷道底板上开挖一道梯形的卸压槽,卸压槽上口尺寸为500 mm,下口尺寸为300 mm;当巷道围岩应力重新分布释放时,通过卸压槽松动底板,使巷道围岩弹性能得到释放,从而避免了巷道局部底板出现严重的底鼓现象。

在巷道变形进入相对稳定阶段后,为阻止底板岩层流变的继续发生,防止使底板两角逐渐向巷道中间移动,又及时进行了闭合封底加固,闭合封底加固就是通过在巷道底角按与底板30°夹角进行补打锚杆,然后对底板进行浇注,使原来开放式的矩形支护状态变成一种闭合式的环形支护状态,使巷道的锚网支护形成了高强的闭合拱,从而加强了巷道的支护强度,控制了底鼓的再次发生。在进行闭合加固时,对原来的卸压槽,进行了改造,浇筑成固定的水沟,用于疏放巷道内积水,综合利用了卸压槽,从而避免了因巷道内积水浸泡软岩底板导致底鼓的发生,见图2。

图2 卸压封底及闭合封底加固示意图

4 结 论

卸压封底技术是根据长期的巷道观测与研究并综合利用矿山压力与岩层控制理论,创新性的提出的一种沿空掘进控制底鼓的新技术。它不仅解决了沿空掘进巷道的底鼓这个一直困扰着施工技术人员的难题;为今后沿空巷道与软岩巷道的施工探索出了一条新的道路。

Research and Application on Pressure Relief Bottom Sealing Technology Control Floor Heave

Huang Yi-tong,Liu Yang,Cheng Chuan-chao,Sun Shi-ming

Analyses the geology condition of roadway along gob area in Jining No.2 coal mine of Yankuang group,puts forward a new kind of control floor heave technology-pressure relief botton sealing. The pressure relief bottom sealing technology is by using the tunnel wall rock during elastoplasticity severe deformation,ahead of time excavates a pressure relief slot of a trapezoidal shape on the tunnel floor,when the tunnel wall rock stress re-distribution release,through the pressure relief slot loose floor,enables the tunnel wall rock elasticity to obtain release.After the tunnel distortion in relatively stable stage,for preventing floor rock rheology continue,lead to bottom corners gradually to the tunnel middle move;Also timely has carried on the bottom supporting,control floor heave.Solves the difficult problem of floor heave in roadway along gob,for the future explore a new way in the construction of roadway along gob and soft rock tunnel.

Pressure relief bottom sealing;Closed bottom sealing;Pressure relief slot

book=6,ebook=205

TD327.3

B

1672-0652(2010)06-0036-02

2010-04-22

黄义通 男 1977年出生 1999年毕业于徐州煤炭工业学校 工程师 济宁 272072