强冲击、大蠕变冲击地压巷道卸支平衡技术研究.docx

??

?

??

强冲击、大蠕变冲击地压巷道卸支平衡技术研究

?

??

?

?

?

?

?

?

?

???

?

?

?

?

?

一、矿井基本情况

常村煤矿于1958年建矿，1963年投产，历经三次技术改造；1988年改扩建后，矿井设计生产能力为180万吨/年，2008年核定生产能力为220万吨/年。

矿井经中国矿业大学鉴定，常村煤矿煤岩样冲击倾向性指数的测定结果为：煤层及底板具有弱冲击倾向，顶板无冲击倾向。依据《义煤集团公司冲击地压危险程度评价标准》对现有采掘工作面冲击危险性进行综合评定：21170回采工作面评价为中等冲击危险，21162回采工作面评价为无冲击危险，21002掘进工作面评价为中等冲击危险。

二、生产布局

2018年矿井采区为＋110m水平21区。共布置21170和21162两个回采工作面和一个掘进工作面21002腰巷。

2019年，常村煤矿计划回采工作面有21170、21162共2个工作面。掘进工作面主要有：21002上下巷掘进。

三、实施背景：

随着开采深度的增加，巷道围岩在高应力作用下岩石的蠕变速度、蠕变时间都在增大。冲击地压巷道支护体系中，主动支护（锚杆索）范围内煤岩体的完整性及坚固性是防止巷道变形，提高巷道服务年限的有力保证。但是冲击地压巷道为了确保巷道安全，释放巷道周边聚积的弹性能，常常要在巷帮施工大直径卸压钻孔。常规卸压钻孔孔深25m，孔深远远大于锚杆锚索支护长度，施工卸压钻孔后，会导致巷帮煤体破碎，裂隙增大，巷道周围松动圈变大，巷道松动圈一旦超过锚杆锚索支护长度，会导致巷道主动支护失效，进一步加快巷道变形速度。

为了解决巷道浅部（3-5米范围内）主动支护与深部（5-25米）煤体主动卸压区平衡，常村煤矿在21170下巷施工的卸压钻孔浅部孔体安装特质钢护管，确保主动支护体范围内煤体完整度及密实度。达到冲击地压巷道卸压平衡的目的。该项目开展后可以大大降低巷道变形速度及矿井巷道扩修成本。挺高巷道服务年限，减少矿井吨煤成本，有较大的市场前景。

四、设计方案：

（1）钻孔布置：扩修后巷道上下帮布置。

（2）钻孔参数：钻孔垂直煤壁打设，下巷上帮钻孔倾角+11°，下巷下帮钻孔倾角0°，钻孔间距1.6m，钻孔距底板1-1.5m，孔径Ф125mm，孔深25m。钻孔角度、距底板高度根据现场条件可适当调整，以不偏离煤层为准。

卸压钻孔施工完毕后，在钻孔开口10m段放入直径正好满孔直径的钢管，其余10-25m按防冲卸压孔自由留设。10m钢管可由短钢管公母螺丝对接联结而成。对安装钢制外护管的钻孔，每隔一个月用风钻机配φ75mm钻杆套孔，通过掏煤松动效应形成煤岩松散弱结构，及时排除孔内煤粉，确保卸压钻孔长期有效。

五、主要内容及创新点：

（一）21170下巷围岩弱结构总体结合利用防冲卸压孔设置巷道围岩弱结构钻孔。

弱结构形成一个对高应力、高能量起到转移或吸收作用的岩体结构，使得冲击震动波在通过这个软化区域后衰减，起到消波吸能的“过滤”作用，从而使巷道围岩支护结构免受损坏。弱结构致裂后，弱结构周围出现一个很明显的应力降低区，这说明弱结构起到了一定程度的卸压、应力吸收和转移的作用。如图1巷道微震监测日总能量，显示了弱结构致裂前后微震能量监测，图中可以看出，弱结构致裂后，巷道微震监测到的能量明显减小。

图1巷道微震监测日总能量

（二）为了检验巷道支护的效果，观察巷道在扩修期间的围岩变形规律，使支护设计达到科学合理的目的，在21170上下巷进行了如下的观测：

1、巷道表面收敛反映巷道表面位移的大小及巷道断面缩小程度，可以判断围岩的运动是否超过其安全最大允许值，是否影响巷道的正常使用。

2、帮锚杆的受力其大小可以判断帮锚杆的工作状态及其参数是否合理。

3、顶板下沉量反映巷道表面的收敛以及断面的缩小情况。

4、顶板锚固区内、外的离层值用于判断顶板锚固区内、外围岩的稳定性以及锚杆支护参数的合理性。

测站布置与观测方法

顶板离层仪和锚杆锚所测力计会出现失效或不同程度的损坏现象，在巷道掘进期间，要求每隔30m设了一个测站，分别对试验巷道扩修期间的巷道表面位移、顶板离层、锚杆锚索受力进行观测。

顶板离层仪的安装

（1）在顶板上打一深度为8m，直径Φ28mm的钻孔。

（2）使用锚索钻杆分别将离层仪带有8m和2.5m脚线的两个探头推到孔底，然后把离层仪测读装置竖杆上的小铁片掀起来并将测读装置的竖杆塞入孔中，使测读杆尽可能贴近顶板且平行于顶板平面。

（3）把两测读杆孔中的钢丝拉紧，并用螺丝刀旋松脚线上的固定螺丝，调整固定装置的位置使测读干上的游标内侧位于10mm刻度线上（10mm为初值）。

（4）为测出顶板暴露后真正的离层值，离层仪安装位置距迎头应不大于5m。

图2顶板离层仪安装实物图

锚杆（索）测力计的安装

（1）矿用本安型锚杆（索）应