1、綜采放頂煤上行開采巷道支護(hù)及其穩(wěn)定性分析鄭有雷 郭念波【兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧，272169】摘 要 介紹濟(jì)寧三號(hào)煤礦上行開采巷道錨網(wǎng)支護(hù)方式。通過對(duì)下層煤停采線附近上覆巖層的傾角變化的觀測(cè)，判定了錨網(wǎng)支護(hù)是切實(shí)可行的；通過礦壓觀測(cè)分析了綜采放頂煤條件下上行開采巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)穩(wěn)定性能夠滿足回采使用要求；裂隙觀測(cè)統(tǒng)計(jì)證明了下層煤開采頂板周期性斷裂與上行開采巷道頂板破碎區(qū)的一一對(duì)應(yīng)；通過上行開采巷道底板至下部采空區(qū)的鉆孔施工記錄和鉆孔錄像技術(shù)了解下層煤裂隙帶發(fā)育高度，為成功實(shí)現(xiàn)綜采放頂煤條件下上行開采巷道安全掘進(jìn)提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞 上行開采 錨網(wǎng)支護(hù) 穩(wěn)定性分析 裂隙觀

2、測(cè) 鉆孔錄像43上03工作面是濟(jì)寧三號(hào)煤礦第一個(gè)上行開采工作面。該工作面位于43下03工作面采空區(qū)上部偏東南。43下03工作面自2001年7月1日開始回采，2002年5月6日結(jié)束。43上03工作面兩順槽設(shè)計(jì)均采用錨網(wǎng)支護(hù)。為考察綜采放頂煤上行開采巷道支護(hù)后的穩(wěn)定性、掌握巷道掘進(jìn)期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及巷道空間位置變化與巷道穩(wěn)定性的關(guān)系等，我們對(duì)43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽、膠帶運(yùn)輸順槽和探煤巷進(jìn)行了礦壓觀測(cè)和分析。1 43上03工作面概況43上03工作面位于43下03工作面采空區(qū)上方的東南部，3上煤層厚度為02.07m，平均1.23m，北部因沖刷變薄直至缺失。煤層直接頂為厚0.168.20m的深灰色

3、泥巖，局部發(fā)育粉砂巖，堅(jiān)固性系數(shù)f值為46；老頂為厚6.011.3m的深灰色粉細(xì)砂巖互層，局部為灰白色細(xì)砂巖夾粉砂巖條帶，堅(jiān)固性系數(shù)f值為68。43上03工作面傾斜長(zhǎng)69.55m，走向長(zhǎng)約775.16m。43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽在43下03工作面輔助運(yùn)輸順槽上方，東距該順槽巷道中心線2.5m，方向與該順槽一致，43上03膠帶運(yùn)輸順槽東距該順槽（中對(duì)中）73.55m。2 施工情況根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)上行開采的研究結(jié)果，工作面回采完畢后，“兩帶”高度對(duì)于軟弱巖層約為采高的912倍、對(duì)于中硬巖層為采高的1218倍，對(duì)于堅(jiān)硬巖層為采高的1828倍。43下03工作面頂板為軟至中硬巖層，故其兩帶高度取采高的6

4、.3m12倍，即75.6m。冒落帶高度約為采高的35倍，取4倍，即25.2m。地質(zhì)勘探鉆孔表明，濟(jì)三礦四采區(qū)3下煤層和3上煤層的間距約為32.3341.79m，平均36.03m，3上煤層處于下部3下煤層回采后的裂隙帶中。因此掘進(jìn)巷道頂板及兩幫圍巖的次生裂隙發(fā)育，以與巷道垂直的橫斷裂隙為主。同時(shí)3上煤層受下部煤層采出的影響，從3下煤層停采線到采空區(qū)段為下沉區(qū)域，受拉伸的影響，停采線附近的3上煤層受到的破壞程度最大。43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽于2005年8月份開始施工，膠帶運(yùn)輸順槽于9月份也正式掘進(jìn)。到2006年2月膠帶運(yùn)輸順槽與切眼貫通后，包括輔助運(yùn)輸順槽、膠帶運(yùn)輸順槽、切眼及工作面內(nèi)探煤巷等

5、在內(nèi)共1880m巷道全部完成施工，月進(jìn)尺最高526m，平均308m。2.1 巷道參數(shù)與施工方法43上03工作面所有回采巷道均采用矩形斷面。輔助運(yùn)輸順槽凈寬4000mm、凈高2600mm，凈斷面積10.4m2；膠帶運(yùn)輸順槽凈寬4000mm、凈高2400mm，凈斷面積9.6m2。切眼正常段凈寬6800mm，機(jī)窩段最大凈寬8000mm，凈高2600mm。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)。綜掘機(jī)為低矮型半煤巖掘進(jìn)機(jī)，配合SSJD-800型膠帶運(yùn)輸機(jī)形成煤流運(yùn)輸系統(tǒng)。巷道均沿3上煤層頂板施工，“三八制”作業(yè)，掘錨順序施工。正常條件下每次截割兩排進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)一次，循環(huán)進(jìn)尺1.6m。2.2 永久支護(hù)參數(shù)與工藝采用錨網(wǎng)

6、支護(hù)作為永久支護(hù)形式，頂板條件較差處增加錨索加強(qiáng)支護(hù)。錨桿采用左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。頂板錨桿直徑22mm、長(zhǎng)2200mm，幫部錨桿直徑20mm、長(zhǎng)1800mm。樹脂錨固劑卷為CK2340型和K2340型兩種，均為全長(zhǎng)錨固。頂板錨桿設(shè)計(jì)錨固力不低于150kN，幫部錨桿設(shè)計(jì)錨固力不低于100kN。網(wǎng)為10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)，網(wǎng)格50×50（mm），再配合用10mm圓鋼加工的70mm寬鋼筋梯。錨索直徑18mm、長(zhǎng)6200mm，設(shè)計(jì)錨固力不低于180kN，預(yù)緊力80kN。錨桿施工采用一次完成的快速安裝工藝。頂板錨桿安設(shè)使用MQT-120型大扭矩低矮型風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)；頂板錨桿安裝扭矩為

7、120N·m；幫部錨桿安設(shè)使用MQB-45J型氣腿式風(fēng)動(dòng)幫錨桿鉆機(jī)，安裝扭矩為60N·m。2.3 巷道施工實(shí)際揭露情況43上03工作面在3下煤動(dòng)壓影響區(qū)域內(nèi)共施工回采巷道1880m。由實(shí)際揭露情況看，未出現(xiàn)預(yù)計(jì)中的頂板破碎嚴(yán)重、壓力顯現(xiàn)明顯、支護(hù)體系失穩(wěn)和巷道成形困難等情況，而是巷道頂、幫完整穩(wěn)定、裂隙不明顯、沒有壓力顯現(xiàn)。錨網(wǎng)支護(hù)體系也非常穩(wěn)定，從未出現(xiàn)片幫、冒頂、底臌嚴(yán)重等巷道失穩(wěn)現(xiàn)象。從開始掘進(jìn)到2006年4月30日工作面回采期間，巷道一直處于這種完整穩(wěn)定狀態(tài)。在上行開采條件下，巷道在掘進(jìn)期間圍巖的完整性和變形量極小，甚至優(yōu)于濟(jì)三煤礦正常開采程序下的任何一條回采巷道。

8、巷道掘進(jìn)期間下層煤的動(dòng)壓影響在上層煤巷道中也是有一定的表現(xiàn)，主要在兩個(gè)方面：其一是兩條順槽掘至下層煤停采線位置后，煤層有明顯的下傾現(xiàn)象；其二是巷道每掘進(jìn)2030m長(zhǎng)度會(huì)出現(xiàn)一次頂板完整性變差的現(xiàn)象，這與下層煤回采期間周期來壓步距相吻合。巷道掘進(jìn)中未出現(xiàn)裂隙水滲入現(xiàn)象。巷道內(nèi)瓦斯含量正常，巷道水文地質(zhì)情況簡(jiǎn)單易控。3 43下03工作面上覆巖層移動(dòng)情況3.1 停采線附近43下03工作面停采線附近的上覆巖層移動(dòng)情況如圖1所示。在43上03輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間，對(duì)3上煤層與其底板分界線的坡度變化（斜率mm/m）進(jìn)行了測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2。從統(tǒng)計(jì)情況看，在距停采線南2413m段，巖層呈緩慢上升趨勢(shì)

9、；在距停采線南13m左右，煤層傾角變得相對(duì)不穩(wěn)定；在距停采線南8.4m處煤層坡度達(dá)到9，在距停采線南6.3m處則維持在8.74，在距停采線南3.4m時(shí)又突變?yōu)?15.4，繼而下降至-3.24，然后變平緩。經(jīng)分析認(rèn)為，由于3下煤層的開采，在停采線附近頂板斷裂牽引造成3上煤層及其圍巖坡度發(fā)生劇烈變化。現(xiàn)場(chǎng)看在距3下煤層停采線南13m左右頂板見斷裂面，斷裂面與巷道走向垂直，傾角約70。圖1 3下煤層停采線附近上覆巖層移動(dòng)示意圖圖2 煤層坡度變化3.2 探巷揭露情況43上03工作面探巷開口于43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽550m處并與其垂直相交，主要用于探明工作面內(nèi)斷層情況。探巷掘進(jìn)至120m見一條6m

10、落差的斷層后停止掘進(jìn)并封閉。從43上03探巷實(shí)測(cè)剖面來看，探巷開口向里9m段的3上煤層坡度平緩（西傾約2°），呈自然傾角；向里920m煤層開始產(chǎn)生彎曲，煤層西傾4°；向里2028m煤層坡度急劇變化，西傾11°；向里2832m煤層坡度開始變緩，西傾約7.4°；向里32m以西段煤層坡度變化趨于穩(wěn)定，約24°。圖3 43上03探巷實(shí)測(cè)剖面圖43上03工作面切眼位于探巷北360m。從切眼實(shí)測(cè)剖面來看，與探巷巖層移動(dòng)情況比較類似，均呈平緩急傾平緩的明顯變化趨勢(shì)，也符合移動(dòng)盆地特征。4 上行開采巷道支護(hù)后穩(wěn)定性分析從輔助運(yùn)輸順槽和膠帶運(yùn)輸順槽的掘進(jìn)情況來看

11、，前者從導(dǎo)線點(diǎn)N43上12南20m至N43上14北10m段受斷層HF7(落差1.2m)和HF8（落差0.8m）的影響，幫部錨桿受力較大，錨桿托盤變形、壓裂的較多，兩幫移近量較大，集中表現(xiàn)在幫部肩窩和幫部第二根錨桿上；后者從導(dǎo)線點(diǎn)N43上16南32m至N43上16北38m段為一幅度4m的背斜構(gòu)造，受其影響兩幫錨桿受力較大，兩幫移近量較大。膠帶運(yùn)輸順槽受八里鋪東斷層（落差4550m）及其次生斷層SF23(落差2.5m)和SF24（落差6m）的影響，頂部錨桿受力較大，托盤變形的較多。4.1巷道頂板離層情況統(tǒng)計(jì)及分析43下03工作面輔助運(yùn)輸順槽距43下03工作面停采線不同距離處的頂板離層情況見圖46，

12、膠帶運(yùn)輸順槽頂板離層情況見圖7。圖4 距停采線南1.5m處頂板離層情況圖5 距停采線北36.6m處頂板離層情況圖6離層量最大的18離層儀測(cè)得情況圖7 離層量最大的10離層儀測(cè)得情況43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽頂板最大離層量48mm，平均22.1mm，其中淺部離層量平均13.6mm，占總離層量的61.5，以淺部離層為主；膠帶運(yùn)輸順槽頂板最大離層量44mm，平均21.5mm，其中淺部離層量平均9.8mm，占總離層量的45.6，以深部離層為主。相鄰的四采區(qū)3上膠帶運(yùn)輸順槽（未受采動(dòng)影響）最大離層量15mm，平均9.2mm，其中淺部離層量平均2.6mm，占總離層量的28.3，以深部離層為主。4.2 巷

13、道圍巖表面變形情況43上03工作面膠帶運(yùn)輸順槽圍巖表面位移情況見圖810，輔助運(yùn)輸順槽圍巖表面位移情況見圖11。圖8 17測(cè)點(diǎn)表面位移圖9 18測(cè)點(diǎn)表面位移圖10 11測(cè)點(diǎn)表面位移圖11 14測(cè)點(diǎn)表面位移43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽頂?shù)装逡平孔畲?0mm，平均20.3mm，最大移近速度6mm/d；兩幫移近量最大52mm，平均15.9mm，最大移近速度2mm/d。輔助運(yùn)輸順槽圍巖表面位移明顯段距離迎頭060m范圍。膠帶運(yùn)輸順槽的頂?shù)装逡平孔畲?76mm，平均27.6mm，最大移近速度36mm/d；兩幫移近量最大72mm，平均17.7mm，最大移近速度27mm/d。膠帶運(yùn)輸順槽圍巖表面位移明顯

14、段距離迎頭050m范圍。4.3 錨桿、錨索承載工況及分析43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽錨桿、錨索承載工況見圖12、13，膠帶運(yùn)輸順槽錨桿、錨索承載工況見圖14。圖12 距停采線外27.5m處圖13 距停采線外2m處圖14 膠帶運(yùn)輸順槽錨桿、錨索承載工況從圖1214可以看出，除輔助運(yùn)輸順槽錨索壓力升高值達(dá)6 MPa外，其余平均1.4MPa，膠帶運(yùn)輸順槽錨索壓力升高值平均2.4MPa；輔助運(yùn)輸順槽頂部錨桿壓力升高值平均1.75MPa，膠帶運(yùn)輸順槽頂部錨桿壓力升高值平均2.15MPa；其余均在4 MPa以內(nèi)。輔助運(yùn)輸順槽、膠帶運(yùn)輸順槽由于處于HF8斷層和SF24斷層處，受斷層構(gòu)造應(yīng)力的影響，輔助運(yùn)輸順

15、槽左幫錨桿壓力升高值為17 MPa，膠帶運(yùn)輸順槽右?guī)湾^桿壓力升高值為10 MPa，其余均在28MPa之間。錨桿、錨索壓力變化較小。錨索、錨桿平均壓力升高值 （單位：MPa）地點(diǎn)錨索頂部錨桿左幫錨桿右?guī)湾^桿輔助運(yùn)輸順槽1.401.754.503.00膠帶運(yùn)輸順槽2.402.152.754.274.4 下層煤開采周期性斷裂及其對(duì)巷道穩(wěn)定性影響掘進(jìn)期間，兩條順槽每掘進(jìn)2030m頂板就出現(xiàn)一次破碎，有較為明顯的周期性。頂板冒落高度約0.30.6m，長(zhǎng)度約0.52m。冒落后形成楔形裂隙，斷裂面較光滑，但43上煤03煤層的煤體、頂板及底板巖層未見有明顯錯(cuò)動(dòng)。斷裂面處由于冒落造成個(gè)別頂部錨桿托盤不能密貼巖面

16、，兩排錨桿間易形成網(wǎng)兜，但錨網(wǎng)支護(hù)后至回采期間未出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。 巷道掘進(jìn)完成后，輔助運(yùn)輸順槽共有明顯裂隙31處，膠帶運(yùn)輸順槽共有明顯裂隙34處。膠帶運(yùn)輸順槽由于處于43下03工作面采空區(qū)中部，頂板周期性斷裂顯現(xiàn)比輔助運(yùn)輸順槽明顯。綜上所述，43上03工作面兩條順槽的頂板離層量、巷道圍巖表面位移量均較小，自掘進(jìn)到回采之前這期間，巷道內(nèi)（包括頂板斷裂地點(diǎn)附近）未發(fā)生冒頂，錨網(wǎng)支護(hù)效果總體較好。5 鉆孔觀測(cè)43上03工作面輔助運(yùn)輸順槽完成掘進(jìn)后，在該順槽與切眼交岔點(diǎn)處及切眼內(nèi)距離該順槽45m處向下（43下03采空區(qū)）各鉆了一個(gè)孔，利用鉆孔窺視儀對(duì)鉆孔進(jìn)行了錄像觀測(cè)。其中，順槽內(nèi)鉆孔為垂直向下，切眼內(nèi)鉆孔與底板成55°夾角。在切眼處3上煤層與3下煤層距為32m。順槽內(nèi)鉆孔鉆進(jìn)至8m時(shí)，鉆孔內(nèi)反水減少；鉆進(jìn)至12m時(shí)鉆孔不反水。切眼內(nèi)鉆孔鉆進(jìn)至5m時(shí)反水減少，鉆進(jìn)至10m時(shí)鉆孔不反水。6 結(jié) 論通過采空區(qū)鉆孔施工和錄像記錄，確定了下層煤開采形成的裂隙帶發(fā)育高度的低限，在裂隙帶低限以上掘進(jìn)巷道是安全可行的。處于采空區(qū)中部上方的巷道與處于采空區(qū)邊緣上方巷道頂板