掘进工作面覆岩移动规律及支护技术

2019-10-11田卫东

煤 2019年9期

田卫东

(重庆工程职业技术学院，重庆 402260)

矿山井下掘进工作的安全与否，直接影响着整个矿井的正常生产与施工进度，掘进工作面可能会遇到无法探明的地质情况，导致掘进进尺的延误[1-3]，相关资料表明，我国煤矿井下掘进工作面顶板事故一直处于首位，严重威胁着矿井的安全施工，因此探讨掘进工作面上覆岩层移动规律，采取有效的支护技术，有着重要意义[4-5]。本文结合掘进工作面上覆岩层移动规律，对巫山县兴营矿E2111工作面回采巷道掘进工作面的支护方式进行了研究。

1 上覆岩层移动规律

掘进工作面围岩体受掘进工作的影响，打破了其原始的应力平衡状态，应力重新分布，在围岩体及支护结构共同作用下，达到新的应力平衡状态，掘进工作面围岩分为岩体较为破碎的松动圈，岩体完整性较好但有变形的塑性区，以及受影响很小的弹性区。一般来说，松动圈的岩层虽然强度已有丧失，但仍存在残余强度，若支护及时，裂隙发育规模不大，则松动圈仍可作为承载围岩应力的岩体，但若支护不及时或支护方法不当，导致松动圈的规模和范围较大，围岩体破碎严重，完整性差，承载能力低，则围岩支护压力将大大增加，给支护安全带来许多问题。图1为巷道开挖后围岩应力分布，如图所示，巷道围岩在水平方向上存在应力降低区、应力升高区和应力稳定区，巷道开挖后，破裂松动区一般包括工作面直接顶和基本顶的部分区域，直接顶和基本顶虽有裂隙产生，但仍可形成砌体结构在围岩应力的作用下保持平衡，此时，若支护不当，则直接顶和基本顶可能发生垮落，造成工作面的初次来压，若上覆围岩体的垮落趋势不能得到有效控制，则基本顶上方的关键层也可能发生破断失稳，若关键层垮落，则掘进工作面将产生大范围的来压，来压剧烈程度大，严重威胁工作面顶板安全。

图1 开挖巷道后围岩应力分布

由以上分析可知，支护作用对于掘进工作面的顶板安全起着决定性作用，具体支护方式及支护阻力的选择应根据煤矿掘进工作面实际地质条件来选定。一般来说在围岩体破碎强度较低时，应进行及时支护，防止破碎区的进一步发展；而当围岩体完整性好、强度大时，应进行柔性支护，采取一定的让压措施，让围岩体发生一定的可控变形，从而减小支护结构的支护阻力，发挥围岩的自承作用，使围岩成为支护结构的一部分。可根据围岩压力与支护阻力特性曲线，来选择合适的支护阻力及支护时间。

2 工程概况

重庆市巫山县兴营矿E2111首采工作面可采煤层厚度0.5～1.6 m，伪顶破碎易垮落，难以控制，要带采伪顶，因此确定采高范围1.1～1.8 m。伪顶和夹矸硬度系数f=4，煤质硬度系数f=2～3，埋深700～750 m，工作面最大走向2 800 m，最小1 800 m，底板硬度系数f=2.3，顶板硬度系数f=2.1，煤层倾角4°以下，进风巷宽×高=3.8 m×2.8 m，回风巷宽×高=3.4 m×2.4 m。

煤层含夹矸，顶板为黑色泥岩，底板为粘土岩、泥岩，岩石和煤的硬度虽然不算太大，但对采煤机和刮板机而言硬度已经不算小，属硬质煤，并且割岩、运岩、硬度长期不变，工作面走向长度大、推采时间长。

3 支护设计

3.1 基本支护理论

在该工作面回风巷和进风巷的掘进过程中，采用何种支护方式成为首要问题之一，若支护强度过大，不仅耗费财力物力，且不一定能达到最好的支护效果，有可能造成支护阻力过大，破坏支护结构，甚至发生锚杆的拉剪破坏，严重威胁掘进工作面的安全施工；若支护强度过小，虽然节省了耗材，但掘进工作面上覆围岩体的破碎区域可能会得不到控制，而进一步发展，发生大面积来压，造成掘进工作面顶板失稳。

3.2 支护方式

根据兴营矿具体的地质条件及掘进巷道顶板围岩移动规律，提出采用锚网索联合支护技术对掘进巷道顶板及两帮进行支护，锚网索联合支护可有效解决掘进工作面围岩体破碎及支护压力大等问题，锚索可将掘进工作面的破碎围岩体锚固在深部较为完整和稳定的围岩体中，控制破碎区域岩体的进一步发展，锚杆主要支护范围为围岩体较浅的部位，同时锚杆和锚索的支护范围可相互补充，加上钢筋网片的作用，可达到控制围岩体进一步变形的目的，且锚网索支护技术在我国各大矿区都有应用，施工技术和参数较为成熟，成本低，效果好。E2111进风巷、回风巷的支护参数如表1所示。

表1 巷道支护参数

4 支护效果分析

在E2111进风巷、回风巷掘进工作面顶板和两帮布置位移监测计，来观测顶板及两帮的位移，设专人进行数据读取与记录，观测周期为每班一次，通过监测数据，预测预报巷道围岩的安全问题，本文选取E2111进风巷顶板位移及两帮的位移数据，来分析评价支护方式的效果及合理性，如图2所示。

图2 E2111进风巷顶板及两帮位移

由图2可知， E2111进风巷掘进工作面顶板最大位移量发生在距离工作面约200 m处，位移量为60 mm，且顶板位移量整体上先增后减，符合支护规律；两帮最大位移量约为45 mm，两帮位移曲线整体规律与顶板位移曲线相同。以上数据表明，在巫山县兴营矿E2111进风巷、回风巷掘进工作面采用锚网索支护技术达到了应有的支护效果，保障了巷道的使用安全。