中厚煤层回采巷道矿压显现及支护技术研究

王亚楠，李德忠

中厚煤层回采巷道矿压显现及支护技术研究

王亚楠，李德忠

(安徽理工大学能源与安全学院，安徽 淮南 232001)

在煤矿井巷中，回采巷道的长度约占整个矿井巷道长度的70%左右，随着综采技术的不断发展，回采巷道长度不断扩大，特别是机轨合一巷的应用，使得巷道断面逐渐增大，回采巷道矿压显现非常剧烈，巷道破坏愈加严重。因此，找到矿压显现规律，进行有效的支护，将对维护巷道稳定和保证矿井的正常生产起到重要作用。通过对两巷的矿压观测及理论分析，得出了中厚煤层的矿压显现规律，并做了支护技术上的相关研究。

中厚煤层;回采巷道;矿压显现;支护技术

1 地质及生产技术条件

淮南矿区某矿16158工作面位于北一采区南翼，南侧16168工作面及北侧16148工作面已回采完毕，东侧为FW2断层，西侧为北一采区巷道。工作面煤层平均厚3.2 m，倾角3°～12°，平均为7°。煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚3.7 m，致密;伪顶为泥岩，厚0.4 ～1.2 m，块状构造，裂隙较发育，易冒落;老顶为粉砂岩，厚度3.1 ～10 m，平均厚6.0 m，致密坚硬;直接底为砂质泥岩与泥岩，平均厚4.5 m，性脆，遇水膨胀。工作面走向长度1 655 m，工作面长230 m，采用双巷布置，区段运输巷5.1 m×3.5 m、区段回风巷4.5 m×3.5 m，均采用锚梁网+锚索、局部架U型棚支护。工作面采用后退式走向长壁一次采全高综合机械化采煤方法回采。

2 巷道观测站布置

2.1 超前支护单体支柱工作阻力观测

自工作面切眼煤壁前方10 m起在两巷内各按3 m间距安装10个压力表，观测工作面前方超前支护单体压力。

2.2 巷道表面变形观测

自工作面切眼煤壁前方10 m起在两巷内各按6 m间距布置20个测站，依次编号。采用十字布点法，每个断面内达顶底板方向和两帮方向的锚杆，以锚杆端头为基点，用钢卷尺测量巷道顶底板及两帮移近量。十字布点法示意图见图1。

图1 十字布点法示意图

3 回采巷道矿压显现规律

3.1 回采巷道掘进期矿压显现

回采巷道在掘进成巷后，会引起巷道围岩应力重新分布，导致径向应力减小，切向应力增大并在巷道周边达到最大。当围岩极限强度小于此应力时便产生破坏，形成塑性区，随着破坏向围岩深处发展，岩块抗压强度逐渐增加，直到出现岩块极限强度大于支承压力时，破坏才结束。考虑到上区段采空区残余支承压力的影响，可做出回采巷道掘进期间支承压力分布图，见图2。

3.2 回采巷道采动期矿压显现

1)当工作面推进10 m时开始观测区段运输巷和区段回风巷各压力表数值。见表1，表2。

图2 回采巷道掘进期倾斜方向支承压力示意图

表1 区段运输巷超前支承压力观测表

表2 区段回风巷超前支承压力观测表

表1和表2反映了受采动影响，工作面超前支承压力的显现状态，在距工作面煤壁约9 m处，单体支柱工作阻力达到峰值，而且也可以看出区段运输巷支承压力比区段回风巷显现强烈。

2)根据砌体梁原理，采空区老顶达到垮落极限时会断裂，形成三铰拱式平衡，进而发生回转和滑落，造成来压现象，走向方向支承压力分布情况见图3。

图3 回采期走向方向支承压力示意图

由测站测出的数据，在工作面前方55 m以外，区段运输巷和区段回风巷顶底板及两帮测点移近量很小，说明巷道顶底板及两帮变形量小，受回采影响很小;超前50 m处巷道顶底板和两帮移近量逐渐增大，说明顶底板及两帮变形量增加，后者更大些;距工作面8 m处巷道围岩变形加剧，巷道断面明显缩小，两帮移近量仍然大于顶底板移近量，这是因为巷道顶底板围岩强度大于两帮围岩强度所致。区段运输巷矿压显现较回风巷强烈，是因为区段运输巷断面较大而致，同时该巷布置了转载机和皮带输送机等，对它的支护极为重要。

4 回采巷道支护技术研究

1)及时有效支护。首先明确支护是为了减少和减缓围岩变形，不可能完全控制它;在巷道开挖后，周边围岩由三向受力状态变为两向受力状态，岩块因强度减小而破坏，破坏向岩体深部发展，越早进行有效支护，可恢复岩块原来三向受力状态，增加其强度，使围岩破裂扩展程度减轻，完整性增加，稳定性增强，变形量变小，矿压显现变弱。

2)支护形式的选择。主动支护效果较被动支护效果好。传统的被动支护方式有U型钢、工字钢和单体支柱加铰接顶梁等，随着支护理论的不断发展，锚杆支护越来越普及，锚杆支护可大大增强围岩强度，提高围岩稳定性，实际生产中锚杆支护与其他支护结合起来的联合支护形式更为有效。根据具体情况，一般顶板可采取U型钢与高强度全长锚杆支护方式，两帮应根据松动圈检测结果，选取相应参数的锚杆，必要时需增加防片帮措施;该矿采用的锚梁网+锚索、局部架U型棚支护，能有效克服传统支护方法中存在的弱结构面的问题，使松软围岩整体得到控制，取得了较好的支护效果。底鼓现象比较强烈，对底板的控制也非常重要，可采取钻孔卸压、锚杆或封闭式金属支架等方式。

3)支护参数的选择。回采巷道支护参数的选择直接关系到支护效果和生产安全，此外支护参数易于掌握，常用到的支护参数有支架钢材型号、支架间距，锚杆长度、排距、预紧力、密度等。

4)超前支护。工作面自开切眼向前推进过程中，回采巷道承受工作面超前支承压力和上区段采空区残余支承压力的共同作用，超前支护应从开切眼时就开始。在工作面前方0～50 m段(受采动影响段)应提高支护强度，特别注意的是在工作面前方8～9 m(支承压力峰值范围内)附近加强支护，可采取单体支柱加铰接顶梁支护，支柱穿鞋，并尽可能增大初撑力，为防片帮，两帮可采取锚网索支护。

［1］ 东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2009：147－201.

［2］ 钱鸣高，石平五，许家林.矿山压力与岩层控制［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2010：107－112.

［3］ 赵 干.回采工作面超前矿压显现特征及控制分析［J］.自然科学版.安徽理工大学学报，2008，28(2)：22－25.

［4］ 林世豪.回采巷道锚杆支护的研究与应用［J］.矿业快报，2004，5(5)：37－39.

［5］ 许敬立.回采巷道矿压观测及围岩控制技术研究［J］.江西煤炭科技，2010(4)：97－98.

［6］ 杜善周.回采巷道矿压规律与锚杆支护技术研究［J］.煤炭工程，2006(2)：58－60.

Underground Pressure in Medium－thick Coal Seam Mining Roadway and Research on Supporting Technology

Wang Ya－nan，Li De－zhong

The length of the mining roadway about accounted for the whole mine laneway length of about 70%in a coal mine roadway.With the developing of the technology of fully mechanized mining，mining roadway length expands unceasingly，especially the application of machine and track comprehensive transportation roadway，making the roadway section increase gradually，the underground pressure behavior of mining roadway is powerful，roadway destruction has become more serious.So find the mine pressure appeared regularity and effectively support，it has played an important role to maintain the roadway stability and ensure normal production in the mine.Through the underground pressure observation and theory analysis to two roadways，it is concluded that the underground pressure appeared regularity in the medium－thick coal seam，and carry out the related research of the supporting technology.

Medium－thick coal seam;Mining roadway;Underground pressure behavior;Supporting technology

TD326

A

1672－0652(2011)10－0031－02

2011－08－31

王亚楠(1988—)，男，安徽寿县人，2008级安徽理工大学在读本科生，主要从事矿山压力方面的研究(E －mail)ynwang2020@163.com