13501轨道顺槽顶板离层影响因素分析(1).pdf

662020 年第 6 期 收稿日期 2019-12-22 作者简介 吴义泉（1982-），男，安徽芜湖人，采矿高级工程师， 现任职于皖北煤电集团朱集西分公司，从事生产技术管理工作。 13501 轨道顺槽顶板离层影响因素分析 吴义泉 王 龙 （皖北煤电集团朱集西分公司朱集西煤矿，安徽 淮南 232097） 摘 要 根据朱集西矿 13501 工作面轨道顺槽顶板离层观测结果，较全面地阐述了掘进、锚网支护参数采动影响程度等 对巷道顶板围岩稳定性的影响。现场实测结果表明，锚网支护参数优化后，顶板离层量明显减小，巷道顶板得到了较好的 维护。 关键词 掘进 顶板 离层 稳定性 中图分类号 TD327.2 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.024 Analysis on the Influencing Factors of Roof Off Layer in the 13501Track channeling Wu Yi-quan Wang Long （Zhujixi Coal Mine, Zhujixi Branch of North Anhui Coal Power Group, Anhui Huainan 232097） Abstract According to the observation results of track along-groove roof separation in the 13501 working face of Zhujixi Mine, the influence of excavation, bolting and mesh support parameters on the stability of roadway roof surrounding rock is expounded in this paper. The field measurement results show that after the optimization of bolting and mesh support parameters, the amount of roof separation is obviously reduced, and the roadway roof is well maintained. Key words driving roof off layer stability 朱集西煤矿位于安徽省淮南市潘集区贺疃乡境 内，位于淮南煤田北部，处于朱集～唐集背斜东段 的南翼。煤矿设计水平标高为 -860m 和 -962m，部 分巷道实际深度已超过 1000m。13501 轨道顺槽为 典型的深井高应力巷道。 深部开采与浅部开采的明显区别在于深部巷道 围岩所处的“三高一扰动”的特殊复杂力学环境， 即高地应力、高地温、高岩溶水压以及采掘扰动 [1]。 巷道顶板围岩的稳定直接关系到矿井的安全高效生 产。为了有效防止顶板事故的出现，必须采取合理 的措施保障采掘工作面顶板的稳定性。因此在矿山 开采过程中，应严格按照国家规定做好顶板稳定性 测试工作，做好顶板支护工作，定期检查，保证顶 板支护结构的可靠性 [2]。针对朱集西煤矿 13501 轨 道顺槽掘进初期顶板离层量大、顶板破碎严重等围 岩大变形问题，为了更有效地控制深井巷道顶板围 岩变形，确保掘进作业安全，开展了系统的顶板离 层观测， 并在此基础上系统地分析围岩应力 [3]、 掘进、 锚网支护参数对顶板离层的影响。 1 巷道地质采矿条件 1.1 邻近区域采掘情况 13501工作面为矿井13-1煤五采区首采工作面， 工作面北起 13-1 煤大巷保护煤柱线，南至井田边 界，东至 13-1 煤五采区边界。下伏 11501 工作面顶 板距上石盒子组 13-1 煤底板 6674m，平均间距约 70m，煤层结构简单。11501 工作面 2016 年 7 月 16 日回采结束。13501 轨道顺槽与 11501 工作面相对 位置如图 1 所示。 图 1 13501 轨道顺槽与 11501 工作面相对位置图 672020 年第 6 期 1.2 煤层情况及支护方案 13501 工作面 13-1 煤层全部可采，煤层赋存 情况稳定。13-1 煤位于上石盒子组中下部，顶板 距上石盒子组 16-2 煤底板 82.6109.4m，平均间距 91.4m，底板距 11-2 煤顶板 63.684.4m，平均间距 73.2m。工作面煤厚 3.295.31m，平均煤厚 3.86m。 工作面内 13-1 煤局部含一层 0.4m 泥岩夹矸，结构 简单。 13501 工作面轨道顺槽断面为矩形，采用锚网 索支护。巷道顶部采用 Φ222800mm 左旋无纵 筋高强螺纹钢锚杆，锚杆预紧力矩为 300Nm，锚 杆锚固力为 120kN，锚杆间排距 800800mm，配 合钢筋梯子梁支护。巷道帮部采用 Φ222800mm 左 旋 无 纵 筋 高 强 螺 纹 钢 锚 杆， 锚 杆 间 排 距 750800mm，配合钢筋梯子梁支护。巷道顶部锚 索采用 SKP22–1/1860 型 119 股高强锚索，规格 为 Φ2263008300mm，锚索预紧力为 150kN。锚 索按五花眼布置，一排 5 根、下一排 4 根交替布置。 5 根锚索断面的锚索间排距为 10001600mm， 锚索长度为 6300mm；4 根锚索断面的锚索间排 距 为 12001600mm， 锚 索 长 度 为 8300mm。 巷 道帮部锚索采用 SKP22–1/1860 型 119 股高强 锚 索， 规 格 为 Φ225000mm， 锚 索 间 排 距 为 15001600mm。锚索按五花眼布置，一排 2 根、 下一排 1 根交替布置。顶板、帮部锚索配合 M5 钢 带支护，每根锚索采用 1 支 K2850、2 支 Z2850 型 树脂锚固剂。 2 巷道顶板离层监测 顶板离层指示仪安设在巷道中部，煤巷锚杆支 护巷道每隔 50m 对巷道顶板进行离层量监测。顶 板离层仪安装滞后迎头不大于 10m，地质构造带、 三四岔门处（包括巷道连接处及宽度超过 3m 的硐 室）等特殊地段必须进行监测，并现场挂牌管理， 牌板内容包括巷道名称、编号、安装日期、深浅基 点位置、初始读数、观测日期、观测读数、深浅部 离层量、观测人员等内容。顶板离层仪由施工单位 技术员现场安装固定。顶板离层仪安装时初始读数 大于或等于 0mm，日常观测过程中若发现深部离 层值小于浅部离层值，应分析原因，必要时应重新 安装一个顶板离层仪继续观测，原离层仪可进行 对比观测。双基点顶板离层指示仪浅基点、深基 点固定位置应固定在设计锚杆、锚索锚固段上方 200 ～ 500mm 的位置，并在顶板离层仪牌板上明确 标注具体位置。 3 顶板离层影响分析 3.1 掘进作业对顶板离层的影响分析 图 2 比较全面地反应了掘进作业对顶板围岩稳 定性的影响。从图 2 来看，可以分为三个变化阶段， 第一阶段 8 月 13 日 8 月 27 日，在此期间朱集西 矿打抽放瓦斯钻孔，巷道没有掘进，顶板围岩稳定 性较好，顶板离层量不大；第二阶段 8 月 27 日 9 月 17 日，巷道开始掘进，顶板离层量急剧增大且 变化趋势较大，顶板围岩稳定性较差；第三阶段 9 月 17 日之后，顶板离层量增量很小，表明顶板围 岩又趋于基本稳定。从三个阶段的变化趋势来看， 掘进对顶板离层的影响是随距掘进迎头的距离而变 化的，没有掘进，顶板离层量增量几乎为零，顶板 围岩稳定，掘进刚开始阶段对顶板稳定性的影响较 大，随着距离的增大，离层量增量逐渐减小，最终 顶板围岩处于较稳定的状态。 图 2 顶板离层量随时间变化图 3.2 锚杆预紧力对顶板离层的影响分析 开始阶段 13501 轨道顺槽岩巷段因顶板离层量 较小，施工队为减小施工难度，将锚杆预紧力矩由 方案设计时要求的 300Nm 降低为 200Nm。现场 顶板离层检测表明，进入下方 11501 工作面停采线 外侧煤柱上方的支撑压力区，以及由岩巷过度到煤 巷时，顶板离层都会急剧增大，因此又将锚杆的预 紧力矩调整为 300Nm。调整后顶板离层得到了有 效的控制，顶板围岩稳定性大幅度增加。锚杆预紧 力调整前后顶板离层的变化结果表明，锚杆预紧力 矩较小，顶板离层量较大，顶板围岩稳定性较差； 当达到方案设计要求的预紧力矩后，巷道顶板离层 量较小，巷道顶板围岩稳定性也较好。因此锚杆预 紧力矩必须达到 300Nm 以上。 3.3 采动影响对顶板离层的影响分析 682020 年第 6 期 说明围岩变形得到了有效的控制。 （a）围岩变形量 （b）围岩变形速度 图 6 巷道围岩变形量监测结果 【参考文献】 ［1］ 王学 . 半煤岩巷联合支护留巷技术研究与应用 [J]. 山东煤炭科技，2019（06）42-444750. ［2］ 吕声瑞 . 半煤岩巷掘进支护参数优化设计研究 [J]. 当代化工研究，2019（06）100-101. ［3］ 寄必鹏 . 复杂地质条件下薄煤层半煤岩巷快速掘 进技术研究 [J]. 内蒙古煤炭经济，2019（09） 120-121. ［4］ 贺富杰 . 半煤巷快速掘进施工工艺的选择及应用 效果分析 [J]. 山东煤炭科技，2018（12）65-67. （上接第 65 页） 13501 轨道顺槽位于 11501 采空区上方。图 3、 4 分别是位于 11501 工作面停采线外侧煤柱上方和 内侧采空区上方 13501 轨道顺槽顶板离层的监测结 果，煤柱上方为支撑压力区，采空区上方为应力降 低区。对比分析这两个图可以看出，位于煤柱上方 的顶板离层量明显大于位于采空区上方的，且煤柱 上方 13501 轨道顺槽的顶板离层变化更加急剧，离 层量增量也要更大。位于应力降低区 13501 轨道顺 槽的顶板离层量变化平缓并趋于稳定，而位于支撑 压力区 13501 轨道顺槽的顶板离层量还在缓慢的增 加。由此可见，巷道围岩应力对巷道顶板的离层发 育有较大影响。 图 3 煤柱上方 13501 轨道顺槽顶板离层 图 4 采空区上方 13501 轨道顺槽顶板离层 4 结语 （1）掘进作业对巷道顶板离层的影响随距掘 进迎头的距离而变化，距离掘进迎头越近，巷道顶 板离层量越大，在距掘进迎头距离增大的过程中， 巷道顶板离层量变化趋势逐渐减小并趋于稳定。 （2）锚杆预紧力矩是锚杆主动支护的灵魂， 提高锚杆预紧力矩，可有效控制顶板离层量。 （3）通过对 11501 工作面停采线外侧煤柱上 方和内侧采空区上方 13501 轨道顺槽顶板离层的观 测分析，得出巷道围岩应力对巷道顶板离层影响较 大，高应力区离层量较大，低应力区离层量较小。 【参考文献】 ［1］ 蒋红军 . 千米深井煤巷变形失稳控制技术研究 [J]. 内蒙古煤炭经济，2019（05）104-105. ［2］ 于玄任 . 矿山掘进巷道顶板分类及稳定性研究 [J]. 世界有色金属，2019（13）263-265. ［3］ 王春平 . 顶板离层仪在巷道顶板稳定监测中的应 用 [J]. 内蒙古煤炭经济，2018（23）35-49.