钻孔卸压技术在回风顺槽的应用

闫文龙

(山西煤炭进出口集团公司大平煤业)

钻孔卸压技术在回风顺槽的应用

闫文龙

(山西煤炭进出口集团公司大平煤业)

为解决大平煤矿回风顺槽变形大，严重影响通风效果、支护等问题，在3107工作面回风顺槽采用钻孔卸压技术，有效的控制了巷道变形。

动压巷道 围岩控制 钻孔卸压

大平煤矿3107工作面回采至500 m处，在超前支承压力及3105采空区侧向支承压力叠加作用下，保安煤柱较窄，致使回风顺槽围岩应力分布极其复杂，巷道断面由12 m2变成约7.5 m2，局部区域断面更小。超前支护范围内π型梁频繁折断，锚索拉断增多，尤其是靠近3105保安煤柱一侧，单体柱均呈现不同程度的“C”字型的变形，自前溜机尾至超前支护40 m的巷道呈“里小、外大”的喇叭口状，风速超限，严重影响巷道的正常使用。

为降低被动支护的影响，最大限度的控制巷道变形，减少人工扩帮挑顶量，确保巷道正常使用，通过分析及数值模拟等方法，决定在3107工作面回风顺槽实体煤侧试验钻孔卸压新技术，以提高围岩的强度和抗变形能力。

1 工作面概况

3107工作面回风顺槽采用锚网支护，巷宽4 m，高3 m，净断面为12 m2，设计长度1 630 m，工作面196 m。临近3105工作面采空区，保安煤柱为20 m。采用放顶煤工艺，采放比为1∶1.23。开采煤层为沁水煤田3#煤层，赋存于二叠系山西组地层中、下部，煤层赋存稳定。该工作面整体呈一背斜构造，煤层平均厚度为6.25 m，倾角0°～9°。直接顶为泥岩，平均厚度2.74 m；老顶为细砂岩，平均厚度5.53 m；直接底为泥岩，平均厚度1.64 m；老底为细砂岩，平均厚度4.51 m。

2 巷道变形破坏分析

(1)在回采过程中，受采空区涌水及顶板淋水影响，巷道煤岩体吸水膨胀，支撑力降低，抵抗变形能力减弱。

(2)3105采空区高出3107回风顺槽约40 m，侧向压力较大，在应力叠加下，回风顺槽始终处在高应力区域内，20 m的保安煤柱出现裂隙范围约有3 m。

(3)巷道经过多次返修，顶板裂隙发育，破坏了围岩的完整性；扩帮导致保安煤柱进一步变窄，巷道抵抗变形能力下降，致使巷道出现塑性变形。

3 卸压技术

3.1 卸压机理

在实体煤一侧打设钻孔，改变原煤体内的应力平衡及分布，在采动中受超前支承压力作用，钻孔将发生压缩变形，吸收煤体因弹性形变而产生的大量弹性势能，使巷道向煤体深部转移，降低了巷道应力。

3.2 卸压孔参数

为系统研究回风顺槽在钻孔卸压条件下巷道围岩变形情况，结合现场条件，决定将钻孔布置在实体煤一侧巷帮的两钢筋梯子梁之间。通过岩石力学计算，卸压孔参数暂定为：孔径108 mm，间距0.9 m，孔深20 m，距底板0.8 m，钻孔角0°，允许误差±2°。钻孔段巷道长50 m，距工作面100 m向外布置，钻孔布置见图1所示。

图1 卸压钻孔布置

4 巷道变形观测及分析

4.1 测点布置

选第Ⅰ组、第Ⅱ组两段巷道比较卸压效果。第Ⅰ组为试验巷道，第Ⅱ组为对比巷道，两段巷道间距100 m，各布置12个测点，测点间距4 m。在顶板中部垂直方向和两帮中部水平方向布置深为500 mm，孔径为28 mm的钻孔，安装φ22 mm×500 mm的高强度螺纹钢锚杆，用树脂锚固后作为观测基点。测点表面位移观测如图2所示。

图2 巷道测点表面位移观测

4.2 观测方法及结果

在A、B之间，C、D之间用激光测距仪测量两帮收缩量和顶板下沉量，测量精度控制在1 mm，所有测点每天观测一次，观测结果如图3、图4所示。

图3 巷道顶底板移近量观测

图4 巷道两帮收缩量观测

4.3 观测结果分析

(1)卸压段巷道前8 d顶底板下沉量和两帮收缩量均小于200 mm，未卸压段巷道顶板下沉量达到524 mm。

(2)受周期来压影响，未卸压段巷道顶底板及两帮变形在第28 d出现急剧增大，变化量分别为615,875 mm，卸压段未出现明显的变化。

(3)卸压巷道两帮平均收缩量为311 mm，未卸压段巷道两帮平均收缩量为761 mm，未采用卸压技术两帮收缩量是卸压段的2.4倍。

(4)卸压段巷道顶板平均下沉量为274 mm，未卸压段巷道顶板平均下沉量为554 mm，未卸压段顶板下沉是卸压段的2倍。

5 结 语

①钻孔卸压可以降低回采巷道的应力，减小巷道变形，提高巷道抵抗变形的能力，保证了回采巷道的正常使用；②该技术使巷道扩帮量由1.2 m减小至0.6 m，降低了工人劳动强度，节省了巷道维护费用，保证了回采工作面正常推进；③为降低动压巷道变形提供了新技术和新方法；④钻孔直径、深度、间距等参数还有待于进一步优化，以取得更好的效果。

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[3] 谭云亮，刘传孝．巷道围岩稳定性预测与控制[M]．徐州:中国矿业大学出版社，1999.

[4] 张军义，牛孟海，王俊生.高应力煤巷卸压技术的研究及应用[J].山东煤炭科技，2011(3)：209-210.

2014-09-30)

闫文龙(1984—)，男，硕士，助理工程师，046200 山西省长治市襄垣县夏店镇渠街村。