高应力工作面掘进经验的探讨

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摘要：高应力工作面由于受周边工作面采动影响或位于高应力区域，表现为巷道掘进施工时压力大，给掘进支护工作带来了巨大的困难，本文从合理设计、优化工艺、科学支护等几方面入手，介绍了安全、快速、高效掘进高应力工作面的施工经验。

关键词：高应力工作面；锚网支护；高应力锚索

1 概述

掘进巷道都布置在煤层中，高应力工作面是相临工作面已经回采的工作面，相临工作面的顶板已经垮落或未完全垮落，属于在应力集中区域布置工作面，压力大支护困难是施工的难点，安全 、快速、高效掘进高应力工作面的经验比较少。

2 工作面概况

2.1 与邻区关系

本工作面位于三采西翼，倾斜上方1396W工作面已回采完毕，上覆1377W工作面回采完毕。东侧为2091E正在回采。

2.2 地质情况

本工作面为稳定的中厚煤层，煤层厚度有一定的变化。煤层厚度1.8m～2.5m，平均厚度2.2m，局部煤层松软易片帮。煤层下部有0～0.5m泥岩夹石。煤层走向在N20°～90°之间变化。煤层倾角在4°～10°之间，平均5°。

2.3 煤层顶底板岩石性质和特征

a）老顶：灰-深灰色粉砂岩，厚度3.8m，硅质胶结，顶部粗糙，含有植物化石。

b）直接顶：深灰色泥岩，厚度1～3m，平均1.9m，致密均一，性脆，贝壳状断口，含菱铁矿散晶。

c）老底：细砂-中砂岩，厚4.5米，浅灰-青灰色，岩性上粗下细，显水平层理，含菱铁矿薄层，成分以石英为主，含植物化石碎片。

2.4 水文地质及其他

9煤层顶板为砂岩裂隙弱水层，巷道涌水量小，裂隙发育时一般有滴淋水现象。本工作面上邻1396W采空区有积水空间21000m3，对风道掘进有影响。上覆7煤层无采空区对该掌无影响。最大涌水量：Qmax=0.15m3/min，正常涌水量：Q正常=0.1m3/min。瓦斯情况：瓦斯涌出量1.73m3/min，CO21.12m3/min。煤尘：具有爆炸性，爆炸指数38.72%。煤层：有自然发火倾向，自然发火期参照12s发火期为12个月。

3 优化设计

3.1 巷道布置的原则

a）空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量缩短支承压力影响时间。

b）巷道布置在应力降低区或原岩应力区。

c）采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。

d）如果需要留煤柱保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响或影响较小。

e）避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择底板岩巷与煤柱边缘的水平距离X、与煤层垂直距离Z。

f）在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。

g）巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。

3.2 巷道设计

根据以上原则联系我矿实际，选取留4m小煤柱掘进。将应力引到采面煤壁侧。

4 巷道支护

4.1 初步支护设计

正顶采用7孔U型钢带长4300mm，间距700mm，配合U型锚杆盘，顶锚杆使用Φ22.5mm长2400mm左旋高强锚杆，排距800mm，两帮采用4孔钢筋梯子，（间距见布置图）帮锚杆采用Φ20mm长1800mm右旋等强帮杆，锚固剂使用ZK2333型树脂锚固剂。正顶及非采面侧使用金属网，采面侧使用塑料网。正顶配合Φ17.8mm长8m的高强锚索加强支护，顶锚索盘使用长400mm的25U型钢。

4.2 加强支护补充

掘进后发现两帮压力显现明显，底鼓严重。在两帮增加两趟Φ15. 23mm长3m的帮锚索，距顶1200mm间距1000mm。在两帮底根每排各加打一棵Φ20mm长1800mm的等强锚杆。

5 矿压观测

5.1 观测目的

通过对巷道表面位移观测，探索掘进时的矿压显现特征和顶底板位移量。分析巷道受压变形破坏情况，完善巷道的支护参数选择，为今后高应力巷道掘进提供依据。

5.2 观测内容

顶底板移近量，两帮移近量等。

5.3 观测点布置及观测方法

顶板离层的监测采用顶板离层指示仪，每天观测一次。顶板离层指示仪每隔30m～50m安设一个，在地质构造带与巷道交叉点内都应适当安设，指示仪应设在巷宽的中部，紧跟迎头。

位移量测：包括两帮相对位移，顶板下沉及底鼓，巷道掘进10天内，顶板累计下沉量小于50㎜，最大下沉速度小于6㎜/天，巷道掘进50天内，顶板累计下沉小于150㎜，最大下沉速度小于3㎜/天。监测期间如果位移值超过上述范围应立即汇报，以便分析原因，采取措施。

5.4 定期拉拔确保支护质量

检查锚杆设计锚固力应作拉拔试验，试验数量每进不超过30m巷道，新打锚杆不超过120棵，抽样一组（3根）进行检查拉拔加载至锚杆设计锚固力的90% 。

5.5 数据资料整理分析

1397下运道观测自2012年7月20日开始设点，共设43组位移观测点，1397上风道目前没有掘进，观测点自设置之日起15日后基本稳定，稳定后3天观测一次，取得了1651个有效数据。通过计算，顶底板移近量：最大值13mm，平均0.13mm/d；两帮移近量：最大累计值38mm，平均0.38mm/d。通过对1376风巷矿压观测，1376支护效果明显，满足了安全生产的需要。

6 作业循环及技术指标

6.1机掘图表：

6.2 炮掘图表：

6.3 主要技术经济指标

7 结束语

通过对1397运道高应力工作面的掘进施工，探索了巷道选择、支护设计，巷道支护、现场施工等技术，积累了高应力工作面的掘进经验，实现了高应力工作面的安全、快速、高效掘进，为今后相似条件下的巷道掘进提供了有力的理论依据。