谈采掘交锋沿空巷道围岩动态控制技术

谈采掘交锋沿空巷道围岩动态控制技术

[摘要] 针对长壁工作面与煤柱护巷沿空巷道采掘交锋期间,沿空巷道受上区段工作面采动影响围岩控制难度较大的问题,通过对长壁工作面采场围岩应力分布特征进行分析,从迎采掘进、交锋掘进、采空区掘进 3 个阶段提出了“精准停掘、分区动态加强支护”沿空巷道围岩控制技术。工程实践表明,在常规锚网索联合支护的基础上,沿空巷道内支设圆木或单体支柱临时动态加强支护技术,可以确保采掘交锋期间沿空巷道围岩的稳定,实现采掘安全生产。

[关键词] 长壁工作面;沿空巷道;采掘交锋;围岩控制

0 引 言

在目前的生产技术条件下,我国井工矿井一般采用留煤柱护巷方式,在下区段工作面回采巷道与上区段工作面采空区之间留设一定宽度的护巷煤柱,沿空掘进布置下区段工作面回采巷道[1]。为了有效对巷道围岩进行控制,下区段工作面回采巷道宜在上区段工作面的采空区上覆岩层垮落并稳定后再掘进[2]。但由于采掘衔接原因,生产过程中不可避免地会出现采掘交锋的情况,即在上区段工作面回采期间就需要掘进下区段工作面的回采巷道,从而出现采煤工作面与巷道掘进相向而行的情况。由于煤柱侧向支撑压力和上区段工作面超前支撑压力的叠加,导致采掘交锋的沿空巷道围岩稳定性有其特殊性。因此,开展有效可行的下区段沿空巷道现场安全管理技术研究,对安全生产意义重大。

1 工程概况

某矿为低瓦斯矿井,生产规模 120 万 t/a,使用综合机械化放顶煤工艺回采 11#煤层,垮落法管理采空区顶板。该煤层埋深约为 300 m,平均厚度5.4 m;倾角较小,属于缓倾斜厚煤层,在回采期间区段保护煤柱的宽度是 7 m 小煤柱。根据生产计划,2203 综采工作面的接替工作面为与其相邻的 2205工作面。2203 综放工作面的运输顺槽长度为 1 770 m、回风顺槽长度为 1 720 m、开切眼长度为 200 m,正常地质条件下均沿 11#煤层底板掘进,采用锚网索支护,沿东西方向布置,由北向南方向回采推进。根据采掘衔接计划,2203 综放工作面正在回采。2205工作面回风顺槽位于 2203 工作面西侧,即将开口掘进。采掘布置平面如图 1 所示。按照正常的掘进速度,2205 工作面回风顺槽与 2203 回采工作面将出现采掘交锋的情况。

2 长壁工作面采场围岩应力分布特征分析

长壁工作面采场应力分布特征如图 2 所示。煤层采出后,由于上覆岩层失去支撑而发生垮落并堆积在采空区,未垮落的岩层重量转移到采场四周新的支承点,进而导致采场原岩应力的平衡状态被破坏,并在采场周围重新分布[3]。在煤柱护巷条件下,下区段工作面的回采巷道围岩稳定状况主要受巷道所处位置的煤岩赋存情况及邻近工作面采动影响,而且受采动影响的程度较大[4]。如图 2所示,工作面煤壁前方的集中应力被称为采动前支承压力,并沿工作面回采推进方向与工作面同步移动。工作面两侧的集中应力被称为侧向支承压力,侧向支承压力滞后采煤工作面一定距离并保持一定的稳定状态,垮落到采空区的上覆岩层碎胀无序堆积并逐渐被压实,进而对未垮落岩层形成一定的支撑作用。采空区范围的集中应力被称为采空区支承压力,由于碎胀岩块的缓冲吸能作用,使得采空区底板的支撑压力较小[5]。通过现场实测,可以掌握长壁工作面采场应力的分布范围及应力峰值位置。已有的研究结果及形成经验表明,长壁工作面的超前支撑压力峰值一般位于煤壁前方 4~8 m 位置,而超前支撑压力的影响范围较大,可达 80~100 m。定义超前支撑压力峰值与原岩应力的比值为应力增高系数。一般长壁工作面的超前应力增高系数取 2~3。工作面两侧的集中应力影响范围小于超前支撑压力的影响范围,一般取 15~40 m;侧向支承压力的峰值一般距离工作面倾向 15~20 m 位置,侧向应力增高系数一般也取2~3。不管采空区垮落的矸石被压实到何种程度,也不可能恢复到煤层未采动前的原岩应力状态,因此采空区的支承压力小于原岩应力[6]。

3 采掘交锋沿空巷道围岩控制技术

针对 2205 工作面回风顺槽和 2203 综放工作面采掘交锋小煤柱侧向支撑压力和上区段工作面超前支撑压力叠加问题,从迎采掘进、交锋掘进、采空区掘进 3 阶段提出有效可行的下区段沿空巷道现场安全管理技术措施,做到精准停掘、分区动态支护。

(1)在 2205 工作面回风顺槽掘进过程中,沿巷道轴向严格按照间距 50 m 布置日常矿压观测站,日常矿压测站观测内容为顶板离层观测;按照间距200 m 设置综合矿压测站,同一综合矿压观测站的观测内容包括顶板离层量、顶板下沉量、底板鼓起量、两帮移近量、顶板锚杆索和煤柱帮锚杆索受力情况、煤柱承载情况等。

(2)在迎采掘进期间,2205 回风顺槽掘进队组及 2203 回采队组每天准确汇报沟通施工点位,确保交锋距离准确,做好交锋前的准备工作。

(3)如果现场观测 2205 工作面回风顺槽围岩压力显现较大时,将其锚网索支护的排距由初始设计的 1.0 m 缩短至 0.9 m,且巷内随时增加支设圆木或单体支柱及顶梁加强支护。

(4)在 2205 工作面回风顺槽迎采掘进施工工程中,加强支护施工质量管理,严格按照初始设计方案对巷道围岩进行支护,要密切注意其顶板、两帮和底板的变形情况,并根据矿压显现情况及时调整支护方式及支护强度。

(5)当 2205 工作面回风顺槽掘进至相距 2203回采工作面煤壁 50 m 时,2205 工作面回风顺槽停掘。停掘位置选择在顶板平整、无断层等地质构造处。

(6)在 2205 工作面回风顺槽停掘后,在巷道交锋的 60 m 范围内均匀设置 10 个临时矿压观测站,每天观测 2205 工作面回风顺槽顶板及两帮的变形情况,记录各个测站与 2203 回采工作面煤壁的距离,并统计结果。

(7)在迎采掘进阶段,2205 工作面回风顺槽至掘进头的 60 m 范围内,按照图 3(a)所示的加强区,打设圆木或单体支柱增强 2205 工作面回风顺槽顶板围岩的支护强度。正常的加强支护方式是在2205 工作面回风顺槽中部按照间距 2.0 m 连续打设 1 排圆木点柱或单体支柱。

(8) 在交锋掘进阶段 2203 工作面周期来压前后,除了按图 3(b)所示的加强支护区外,应根据现场实际情况增加支设单体支柱或圆木点柱,进一步增加对 2205 工作面回风顺槽顶板围岩的支护强度。

(9)在采掘交锋后,2203 综放工作面煤壁超前2205 工作面回风顺槽掘进头大于 30 m,且回采经历一个完整的周期来压后,2205 工作面回风顺槽根据现场实际情况恢复掘进。

(10)在采掘交锋后的正常掘进阶段,加强对2205 工作面回风顺槽顶板及两帮变形情况的现场监测,发现异常及时沟通处理。

(11)正常回采阶段,在与 2203 工作面煤壁对应的前后共 60 m 范围按照图 3(c)所示的动态临时支护区,加强对 2205 工作面回风顺槽的支护,且临时支护随着采煤工作面的移动要进行及时准确动态调整。采掘交锋期间加强支护断面如图 4 所示。

(12)如果现场矿压观测表明 2205 工作面回风顺槽受 2203 工作面采动影响较小,顶板及两帮围岩变形、锚杆索受力等均未出现明显的矿压显现情况,则如图 3(c)所示的正常回采阶段,可不对 2205工作面回风顺槽进行临时动态加强支护。

4 结语

针对沿空巷道受上区段工作面采动影响围岩控制难度较大的问题,在该矿采掘交锋生产期间提出采掘交锋现场动态管理技术措施,实现了巷道围岩控制。但矿井地质条件千变万化,如果现场掘进施工过程中遇到地质构造或围岩破碎较严重等特殊地质条件,需要根据现场实际情况对支护方案作相应的调整、分析和论证,必须确保巷道围岩的支护效果和生产安全。

作者:靳会科 苗青旺 单位:山西潞安环保能源开发股份有限公司临汾分公司 山西潞安集团蒲县伊田煤业有限公司