近距离煤层巷道支护及矿压显现规律研究

于辉 孔令根 邓鹏海 牛智勇

(中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院,北京 100083)

近距离煤层巷道支护及矿压显现规律研究

于辉 孔令根 邓鹏海 牛智勇

(中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院,北京 100083)

平庄煤业集团六家煤矿井田范围内6组煤可采煤层较多,属近距离煤层群。近距离煤层群回采后,支承压力重新分布,形成应力集中区,因而选择一种合理的支护方式显得尤为重要。本文以WIIN36-6工作面运输顺槽围岩稳定性为背景,通过现场观测对巷道的矿压显现规律进行了研究,结果表明目前的支护形式下巷道变形量与松动圈范围不大,可以保持巷道稳定。

近距离煤层群 围岩稳定性 巷道支护 现场监测

我国近距离煤层赋存和开采所占比重很大，大多矿区都存在近距离煤层群开采的问题。当煤层间距较小时，下部煤层采场及巷道的矿山压力显现受上部煤层开采的影响，特别是极近距离煤层群中，这种影响更加明显。若上下两煤层间岩层为软弱、破碎的泥岩、砂质泥岩，则下部煤层开采时，顶板已发生塑性破坏，巷道变形量大，支护困难，因而选择一种合理的支护方式显得尤为重要。本文以内蒙古平庄煤业(集团)有限公司下属煤矿——六家煤矿为依托，以WIIN36-6煤层轨道运输巷为研究对象，对巷道的矿压显现规律进行了研究，结果表明目前的支护形式下巷道变形量与松动圈范围不大，可以保持稳定。

1 地质生产条件

1.1 矿井地质构造

六家煤矿位于平庄煤田东部边缘，本区煤层除5煤组可视为独立煤层外，6煤组为复杂结构煤层，分层变化大，层间夹层以中— 粗粒砂岩及砂砾岩为主，砂质泥岩、泥岩次之。煤层伪顶多赋有薄层泥岩，受层间滑动而破碎，遇水泥化膨胀，层位不稳定，易脱落，离层现象严重，属较弱结构面，工程地质条件差，部分直接顶以中-粗砂岩及砂砾岩为主，主要赋存在5煤顶底部及6煤上、中、下三段，层位较稳定，但一般砂岩胶结松散，节理不发育。底板多以粗砂岩、砂质泥岩或直接为砂砾岩，一般较稳定。

1.2 巷道支护方案

顺槽锚网巷道断面：巷道净宽3250mm，净高为4100mm，断面形状为直墙圆弧拱。采用锚网、锚杆(索)联合支护。

顺槽架棚巷道断面：采用腿3m梁3m架棚支护，断面形状为梯形断面。梯形巷道净高2590mm，巷道顶部净宽2800mm、底部宽4868mm。

锚杆选用Φ20×2200左旋无纵筋螺纹钢锚杆，Φ20mm的锚杆初锚力不小于105KN，锚杆预紧力矩不低于200N·m，间排距800×800mm;锚索选用Φ15.24×4200mm高强度预应力刚绞线，张拉强度不小于30MPa，间排距1200×1600mm;梁、腿材质为11#工字钢，规格梁3m腿3m，棚间距为800mm，撑木80×80×800mm，背板长1200mm。

2 巷道围岩稳定性监测

2.1 围岩松动圈探测

在WIIN36-6运输顺槽布置了三个测点，并对所测数据进行纪录，并对采集的数据进行分析，分析结果如下：

(1)WIIN36-6运输顺槽距工作面60m处煤柱帮，此处距离孔口0.7m范围内波速变化不大，大约接近1000m/s，表明在此范围内围岩破碎程度较大且破碎程度基本相似，在0.7m处波速迅速升高，至1m处波速基本稳定，接近1250m/s，说明在0.7—1m范围内围岩逐渐趋于完整，乃至围岩破碎程度较小且保持稳定。综上分析，此处的松动圈范围为0.7m。

(2)WIIN36-6运输顺槽距工作面80m处煤柱帮，此处距离孔口1.6m范围内波速变化不大，大约接近1100m/s，表明在此范围内围岩破碎程度较大且破碎程度基本相似，在1.6m处波速迅速升高至1500m/s，而后波速基本稳定，说明在1.6m后围岩破碎程度较小且保持稳定。综上分析，此处的松动圈范围为1.6m。

2.2 深基点位移监测

2.2.1 监测方案

WIIN36-6工作面运输顺槽测点布在煤柱帮腰线处，孔径为32mm，钻孔深度4m，两孔间隔50m，5个测点。根据煤帮变形破坏剧烈程度预计，设计煤柱帮腰线采用1.0m、2.5m、4.0m三基点式，分为0-1m、1-2.5m和2.5-4m三个监测范围。

2.2.2 监测结果分析

工作面运输顺槽1#测点位置，在观测周期内深部位移最大值为38.9mm，位移量主要分布在0～1m浅部，0～1m浅部位移占总位移量的59%，1～2.5m中浅部占位移总量约29%，2.5～4.0m的深部占位移总量约12%，锚杆锚固范围内变形约占88%，变形速率范围0～5.9mm/d，平均变形率0.7mm/d。

工作面运输顺槽2#测点位置，在观测周期内深部位移最大值为58.1mm，位移量主要分布在0～1m浅部，0～1m浅部位移占总位移量的58%，1～2.5m中浅部占位移总量约27%，2.5～4.0m的深部占位移总量约15%，锚杆锚固范围内变形约占85%，变形速率范围0～5.2mm/d，平均变形率1mm/d。

工作面运输顺槽3#测点位置，在观测周期内深部位移最大值为28.5mm，位移量主要分布在0～1m浅部，0～1m浅部位移占总位移量的65%，1～2.5m中浅部占位移总量约25%，2.5～4.0m的深部占位移总量约10%，锚杆锚固范围内变形约占90%，变形速率范围0～3.7mm/d，平均变形率0.4mm/d。

工作面运输顺槽4#测点位置，在观测周期内深部位移最大值为30.1mm，位移量主要分布在0～1m浅部，0～1m浅部位移占总位移量的67%，1～2.5m中浅部占位移总量约25%，2.5～4.0m的深部占位移总量约8%，锚杆锚固范围内变形约占92%，变形速率范围0～5.8mm/d，平均变形率0.3mm/d。

3 结语

(1)在巷道围岩变形中，大部分巷道变形产生于巷道松动圈范围，占变形总量的70%以上。

(2)WIIN36-6工作面运输顺槽煤柱帮松动圈范围为0.7m～1.4m。距工作面70m处松动圈最大范围为1.4m。各测点附近煤(岩)层较完整，围岩稳定性较好。

(3)巷道煤柱帮测点位移量在前期变化较平缓，后期发生突增，但各测点总位移量均比较小，说明煤柱较稳定，表明现有支护方式可以保持巷道稳定。