某矿掘进工作面上覆岩移动规律及支护技术探讨

某矿掘进工作面上覆岩移动规律及支护技术探讨

孔飞

山东裕隆矿业集团有限公司唐阳煤矿 山东 济宁 272508

摘要：本文探讨了掘进工作面上覆岩层的移动规律，提出支护方式对上覆围岩体的移动具有重要影响，并结合某矿E2111进风顺槽、回风顺槽掘进工作面具体情况，提出采用锚网索支护技术，且观测了E2111进风顺槽掘进工作面顶板及两帮的位移数据，结果表明，所提出的支护方式有效控制了掘进工作面的巷道围岩变形，保证了掘进工作面的安全进尺。

关键词：掘进工作面；上覆岩层；支护方式；围岩变形

1 上覆岩层移动规律

掘进工作面围岩体受掘进工作的影响，打破了其原始的应力平衡状态，应力重新分布，在围岩体及支护结构共同作用下，达到新的应力平衡状态，掘进工作面围岩分为岩体较为破碎的松动圈，和岩体完整性较好但有变形的塑性区，以及受影响很小的弹性区，一般来说，松动圈的岩层虽然强度已有丧失，但仍存在残余强度，若支护及时，裂隙发育规模不大，则松动圈仍可作为承载围岩应力的岩体，但若支护不及时或支护方法不当，导致松动圈的规模和范围较大，围岩体破碎严重，完整性差，承载能力低，则围岩支护压力将大大增加，给支护安全带来许多问题，图1为巷道开挖后围岩应力分布图，如图所示，巷道围岩在水平方向上存在应力降低区、应力升高区、和应力稳定区，巷道开挖后，破裂松动区一般包括工作面直接顶和基本顶的部份区域，直接顶和基本顶虽有裂隙产生，但仍可形成砌体结构在围岩应力的作用下保持平衡，此时，若支护不当，则直接顶和基本顶可能发生垮落，造成工作面的初次来压，若上覆围岩体的垮落趋势不能得到有效控制，则基本顶上方的关键层也可能发生破断失稳，若关键层垮落，则掘进工作面将产生大范围的来压，来压剧烈程度大，严重威胁工作面顶板安全。

图1  开挖巷道后围岩应力分布

由以上分析可知，支护作用对于掘进工作面的顶板安全起着决定性作用，具体支护方式及支护阻力的选择应根据煤矿掘进工作面实际地质条件来选定。一般来说在围岩体较破碎强度较低时，应进行及时支护，防止破碎区的进一步发展；而当围岩体完整性好、强度大时，应进行柔性支护，采取一定的让压措施，让围岩体发生一定的可控变形，从而减小支护结构的支护阻力，发挥围岩的自承作用，使围岩成为支护结构的一部分。可根据围岩压力与支护阻力特性曲线，来选择合适的支护阻力及支护时间。

2 工程概况

某矿首采工作面E2111可采煤层厚度0.5～1.6m，伪顶破碎易冒落，难以控制，要带采伪顶，因此确定采高范围1.1～1.8m。伪顶和夹矸硬度在f=4以下，煤质硬度f=2与f=3之间，埋深700～750m，工作面最大走向2800m，最小1800m，底板硬度f=2.3顶板硬度f=2.1，煤层倾角4°以下，进风巷宽×高=3.8m×2.8m，回风巷宽×高=3.4m×2.4m。顶板为黑色泥岩，底板为粘土岩、泥岩，岩石和煤的硬度虽然不算太大，但对采煤机和刮板机而言硬度已经不算小，属硬质煤，并且割岩、运岩、硬度长期不变，工作面走向长度大、推采时间长。

3 支护设计

3.1 基本支护理论

在该工作面回风巷和进风巷的掘进过程中，采用何种支护方式成为首要问题之一，若支护强度过大，不仅耗费财力物力，且不一定能达到最好的支护效果，有可能造成支护阻力过大，破坏支护结构，甚至发生锚杆的拉剪破坏，严重威胁掘进工作面的安全施工；若支护强度过小，虽然节省了耗材，但掘进工作面上覆围岩体的破碎区域可能会得不到控制，而进一步发展，发生大面积来压，造成掘进工作面顶板失稳。

3.2 支护方式

在E2111进风巷、回风巷掘进工作面顶板和两帮布置位移监测计，来观测顶板及两帮的位移，设专人进行数据读取与记录，观测周期为每班一次，通过监测数据，预测预报巷道围岩的安全问题，本文选取E2111进风巷顶板位移及两帮的位移数据，来分析评价支护方式的效果及合理性。E2111进风巷掘进工作面顶板最大位移量发生在距离工作面约200m处，位移量为60mm，且顶板位移量整体上先增后减，符合支护规律，E2111进风巷掘进工作面两帮最大位移量约为45mm，两帮位移曲线整体规律与顶板位移曲线相同，以上数据表明，在某矿E2111进风巷、回风巷掘进工作面采用锚网索支护技术达到了应有的支护效果，保障了掘进工作面的安全。

5 结论

（1） 探讨了掘进工作面上覆岩层的移动规律及开挖后巷道应力分布规律，提出支护方式对上覆围岩体的移动具有重要影响；

（2）结合某矿E2111进风顺槽、回风顺槽掘进工作面具体情况，提出采用锚网索支护技术，且观测了E2111进风顺槽顶板及两帮的位移数据，数据表明，采用该支护方式，巷道位移量小，安全性高。

作者简介：孔飞，1978年9月，男，汉族，山东曲阜人。

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