三软煤层孤岛工作面沿空巷道围岩控制技术研究.pdf

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1、2014年第39卷第4期能源技术与管理V01．39No．4EnergyTechnologyandManagement69doi：10．39690．issn．1672-9943．2014．04．027三袄煤层孤岛工作面沿窑巷．遭围岩控制技术研究何小军(河南省新郑煤电有限责任公司，河南郑州450000)[摘要]某矿21101工作面沿空掘巷机巷原采取4m窄煤柱护巷，36U型钢支架支护，巷道掘出不久即严重变形。基于沿空掘巷上覆岩体大小结构模型分析了沿空巷道围岩控制原理，理论计算结合数值模拟分析确定了煤柱留设宽度为6m，对新型棚一索协同支护效果进行了对比分析，结果表明留设合理尺

2、寸的窄煤柱，采用棚一索协同支护，能较好控制三软煤层工作面沿空巷道的强烈变形。[关键词]三软煤层；孤岛工作面；沿空巷道；窄煤柱；数值模拟；棚索协同支护[中图分类号]TD822+．3[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2014)04O693面回采后基本顶在本工作面煤壁里面断裂形成弧0引言形三角块B，与岩块A、岩体C相互咬合，形成铰某矿21101工作面两侧均为采空区，其两回接结构，如图1所示。块体A、B、c为上覆岩体大采巷道设计均采用沿空掘巷，留设4m窄煤柱护结构，其中对掘巷稳定性影响最大的是老顶的弧巷。21101工作面机巷采用36U型钢支架支护，棚形三角块B，

3、为关键岩块，岩块B在上区段回采时距500mm。采用上述支护方式后，巷道掘出不到就要受到上区段上覆岩层运动的影响，而掘巷及1个月即严重变形。主要表现为：①巷道变形严巷道整个服务期间，又要受到本工作面上覆岩层重，且呈现非对称性、非线性变形；②巷道顶板下运动的影响，关键岩块B对沿空掘巷的影响贯穿沉严重，出现拱顶被压平；③巷道两帮显著内移，了始终⋯。尤其是靠近采空区一侧，棚腿基本被压直甚至内移；④巷道底鼓及支架钻底严重，巷道底鼓量普遍较大，导致巷道净高普遍不足3m，局部甚至不足2m。因此，亟需对该矿三软煤层孤岛工作面沿空巷道围岩控制技术进行研究。1工程概况图1孤岛工作面。沿空

4、掘巷上覆岩层大小结构模型某矿孤岛工作面沿空巷道平均埋深370m，在一定开采条件下，窄煤柱沿空巷道围岩稳煤层为二煤，煤层厚度沿走向起伏变化大，煤层定性受巷道围岩应力演化规律影响，主要取决于平均厚5．5m，煤层倾角08o，结构简单，煤体强上覆岩层大结构的稳定性。沿空巷道位于支承压度低，普氏系数为0．5左右。煤层伪顶发育，直接力降低区，掘进压力不高，掘巷后围岩应力场重新顶为砂质泥岩，平均厚3．813'1，泥质胶结，裂隙发分布，但是窄煤柱没完全破坏，能够承受掘进过程育，结构不稳定，单轴抗压强度在10～20MPa之中应力变化，支护难度没有显著加大[2_。采动影响间；直接底为泥岩

5、，平均厚5．92m，底板岩层的抗阶段，孤岛沿空巷道变形主要受基本顶岩层回转压强度很低，单轴抗压强度o-≤3MPa，该孤岛煤下沉影,mE，采空区基本顶岩层产生新的破断，关柱沿空巷道为典型的三软煤层巷道。键块B处于不稳定状态，巷道围岩变形量较大，2沿空掘巷围岩控制原理在超前工作面一定范围内巷道围岩的变形量随着与工作面距离的接近而呈逐步增大趋势，如图22．1沿空掘巷上覆岩体大小结构模型所示。孤岛工作面沿空巷道左侧为将要开采的孤岛采动影响阶段由于各岩块间的支承条件并没工作面，右侧为上区段工作面采空区，上区段工作有改变，仍会保持相对的平衡状态，大结构的稳定2014年第39卷第4

6、期能源技术与管理V01．39No．4EnergyTechnologyandManagement71固约束措施也难以维持其整体性，很容易被压垮，4掘进和回采期间矿压观测同时当采用锚索支护时，过小的煤柱也不利于锚索的安设。结合煤柱最小合理宽度的理论计算结为验证21101工作面轨道巷支护设计的合理果在5．8O～7．68m之间，煤柱宽度选取6m。性，对巷道设置观测站，对巷道掘出以及回采阶段的表面位移、顶板离层进行了长达8个月的现场3三软煤层孤岛面沿空巷道支护方案观测。掘进稳定阶段巷道两帮为81mm，回采期间以u型钢支架为基本支护，采用预应力锚索最大达到了390ram；顶底相对

7、移近量在掘进稳定强化U型钢支架支护承载结构，锚索利用深部稳阶段为76mm，回采期间达到了275mm；顶板离定岩体的承载能力，提供支护阻力，对u型钢棚层量在掘进稳定阶段最大为12mm，回采期间达支护薄弱部位进行强化支护，实现棚一索协同支到了40mm。护，从而提高支护整体强度与稳定性。该方案的技而21101工作面机巷在仅采取U36支护巷术核心是：采用具有高阻可缩特性的36U型钢支道时观测数据分别是：掘进稳定阶段巷道两帮为架作为基本支护，利用其提供较高支护阻力，控制131mm，回采期间最大达到了890ram；顶底相对软弱煤体产生的塑性流变。u型钢支架搭接部