采動影響下松軟煤層巷道支護技術(shù)研究

為了盡可能的降低煤炭資源的浪費，工作面交替進程中的保護煤柱的尺寸規(guī)格不能偏大，下一工作面巷道受到的應力在上一工作面殘余支承壓力的作用下，出現(xiàn)了急劇的應力集中現(xiàn)象，在這種應力集中狀態(tài)下，當工作面為松軟或者破碎煤層時，維護巷道工作性能穩(wěn)定的措施更加困難。以外采取的單一支護技術(shù)不能滿足承載結(jié)構(gòu)的支護要求，對采煤巷道圍巖的不均勻變形不能起到有效的支撐作用。鋼制支架（U型）、管棚錨索耦合、錨桿鋼絲網(wǎng)索以及超前小導管注漿等圍巖變形控制技術(shù)是目前采煤巷道在采動影響下所采取的只要支護措施，根據(jù)地質(zhì)條件和采礦外界條件的不同，每一種控制圍巖變形的措施帶來的處理效果是不同的。本文選取的案例煤礦中4328工作面是5號煤層第6采煤區(qū)的掃尾工作面，其長度約為120米，與4329工作面相鄰區(qū)域的回采工作已基本完成。5號煤層的有效出煤層厚度約為6.5米，煤層存在一定的傾斜角度，傾斜角度平均約為5度，埋置深度大約在490米左右。
　　1 巷道產(chǎn)生變形失去穩(wěn)定的原因
　　1.1 影響巷道圍巖穩(wěn)定性因素分析
　　利用FLAC2D數(shù)值模擬軟件，依據(jù)地址條件特點，建立4328工作面力學模型。模型的長度為150米，寬度為90米，在模型上部施加均勻荷載，荷載強度為11MPa，為了便于計算，模型上部邊界簡化為自由邊界，模型的左側(cè)簡化為支承邊界，模型的右側(cè)也簡化為支撐邊界，模型的下邊界與模型的上邊界相反，簡化為固定邊界。模型的破壞標準采用摩爾-庫倫法則進行破壞試驗。（1）4328工作面進風巷道沿著3號煤礦的底面支撐板進行挖掘前進。3號煤層主要成分為塊粉煤，塊粉煤的煤質(zhì)硬度小且較為松軟，其中碎粒、糜棱煤均有零星的分布。深灰到黑灰色泥巖位于3號煤層頂板處、節(jié)理和裂隙十分發(fā)育的深灰到黑灰色泥巖平均厚度2.3米。粉砂巖是巷道底層的主要成分，粉砂巖的平均厚度為2米左右，由以上數(shù)據(jù)可知，4328工作面的整體強度是非常低的。（2）回采作業(yè)完畢的4329工作面，應力明顯降低區(qū)與煤壁距離在0-5米之間，應力明顯升高區(qū)與煤壁距離在5-60米之間，原始巖應力區(qū)在距離煤壁60米之外的地方基本恢復。在距離煤壁大約12米的地方出現(xiàn)應力峰值，最大應力峰值為23MPa，原始巖應力為12MPa。
　　1.2 巷道圍巖位移
　　在煤巷道的實際掘進中，4328工作面巷道頂面的實際位移量為1.85米，巷道兩幫的實際位移量略小于頂面的位移量，兩幫的位移量約為1.56米。4329工作面巷道頂面的實際位移量為0.655米，巷道兩幫的實際位移量與頂面的位移量基本相當，兩幫的位移量為0.656米。從FLAC2D數(shù)值模擬軟件的模型中可以看出，與煤巷道實際掘進中頂面和兩幫的位移量進行對比，頂面的位移量增加了251個百分點，兩幫的位移量增加了320個百分點，這說明巷道發(fā)生劇烈變形的主要原因是，4328工作面進風巷受4329工作面?zhèn)认驓堄嘀С袎毫ψ饔靡鸬摹?/span>
　　2 控制巷道圍巖變形的技術(shù)
　　2.1 巷道支護的技術(shù)措施
　　4328工作面巷道為直墻半圓形拱門式，巷道凈截面長度為4.6米，巷道凈截面寬度為3.2米?？紤]到巷道煤質(zhì)硬度小且較為松軟，其中碎粒、糜棱煤均有零星的分布，以及巷道在上工作面?zhèn)认驓堄嘀С袎毫Ξa(chǎn)生的變形特點，基于圍巖變形規(guī)律設(shè)計了鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿補強技術(shù)措施。
　　2.1.1 鋼制支架（U型）支護
　　鋼制支架（U型）支護技術(shù)措施中，支架采用3節(jié)U29型鋼支架，3節(jié)鋼支架之間的搭接均為0.5米，管棚使用間距為0.7米的2副卡纜，卡纜為雙槽夾板式。管棚背后接頂采用原木，護表采用鋼筋網(wǎng)。
　　2.1.2 鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿
　　配合自攻全程螺旋錨固錨桿中的鋼制支架（U型）架設(shè)方式與2.1.1 中鋼制支架（U型）支護程序一樣，在該程序完成后，采用自攻全程螺旋錨固錨桿配合厚度為0.9米的槽鋼進行托梁處理，全程螺旋錨固錨桿的尺寸為0.022米×2.5米。
　　2.2 支護方案模擬分析
　　當不對4328工作面進風巷道采取任何支護措施時，巷道頂面位移量為0.655米，巷道兩幫位移量為0.656米。當對巷道采取鋼制支架（U型）支護措施后，巷道頂面位移量為0.285米，下降幅度為56個百分點，巷道兩幫位移量為0.249米，下降幅度為62個百分點；當采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿措施后，巷道頂面位移量為0.183米，下降幅度為72個百分點，巷道兩幫位移量為0.175米，下降幅度為73個百分點。由此可見，從巷道頂面位移量來說，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比鋼制支架（U型）支護降低了35個百分點，從巷道兩幫位移量來說，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比鋼制支架（U型）支護降低了29個百分點。綜合以上分析，采用鋼制支架（U型）配合自攻全程螺旋錨固錨桿比單純的鋼制支架（U型）的支護效果更顯著。所以，4328工作面進風巷最終采用該技術(shù)方案。