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1、山西晋城无烟煤业集团有限责任公司山西晋城无烟煤业集团有限责任公司15#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术研究项目实施方案晋煤集团古书院矿河南理工大学2012 年 9 月 25 日15#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术I目 录1 项目的提出和主要研究内容.11.1 立项背景.11.2 国内外现有技术概况.11.3 本项目的主要研究内容及目标.52. 项目研究总体技术方案.62.1 预留巷道围岩物理力学参数测试.62.2 预留巷道围岩变形数值模拟实验.72.3 回采巷道围岩变形监测.102.4 超前支撑压力及侧向应力观测与分析.112.5 预留巷道现有支护效果综合分析.142.6 152309
2、工作面顶板弱化处理施工安全技术措施.142.7 1523093 巷沿煤柱侧切顶预裂爆破技术方案.222.8 1523092 预留巷道围岩锚索加固控制技术方案.262.9 1523092 预留巷道围岩注浆加固控制技术方案.283. 地点、试验规模及研究进度.334. 经济、社会效益及推广应用的前景.33附图 1.35附图 2.35附图 3.35附图 4.3615#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术11 项目的提出和主要研究内容项目的提出和主要研究内容1.1 立项背景立项背景15#煤层现作为古书院矿的主采煤层，工作面采用“两进一回”布置方式进行回采，上一个工作面的回风巷在回采过程中保留下来，作为相
3、邻下一个工作面的胶带巷。预留巷道服务两个工作面。在目前已回采过的工作面预留巷道受上个工作面的采动影响巷道出现不同程度的围岩变形，巷道失去二次使用的作用。例如：在回采 151306 工作面过程中 1513062 巷（回风巷）受初次采动影响底臌达到 0.51.2 米，在回采 151305 工作面过程中， 1513062巷（胶带巷）受二次采动影响底臌达到 0.81.5 米，巷帮片帮严重，顶板变化不大。回采152307 工作面过程中 1523072 巷（回风巷）受初次采动影响底臌达到 0.51.2 米，巷帮片帮严重，顶板变化不大。在回采 152306 工作面过程中， 1523072 巷（胶带巷）受二次
4、采动影响底臌达到 0.71.5 米，巷帮片帮严重，顶板变化不大。古书院矿围岩变形实拍照片如图1。通过已回采过工作面围岩变形情况，15#煤预留巷道围岩变形存在必然性，根据 15#煤煤层地质条件，采用“两进一回”布置方式进行回采。预留巷道围岩变形成为制约安全生产和采掘衔接的主要问题。图图 1 1 古书院矿围岩变形实拍照片古书院矿围岩变形实拍照片因此，开展研究项目“古书院矿 15#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术研究” ，治理该条件下巷道底臌、片帮问题，保证预留巷道在服务期间围岩的稳定性，保证安全生产和工作面的正常衔接，对于古书院矿实现高产高效有着重要意义。1.2 国内外现有技术概况国内外现有技术
5、概况长期以来，回采巷道围岩控制一直是人们所致力解决的一个热点问题，其目的是为了15#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术2保证巷道的正常使用，为矿井安全生产创造必要条件。巷道的稳定性状况取决于围岩的地质力学条件、采掘技术条件及支护条件等。实际工程中的回采巷道大多不具备保持自稳状态的条件，因此，必须采取一定的围岩控制措施。底板管理是巷道围岩控制的基础，井下测试表明，在底板不支护的软弱底板的回采巷道中，顶底板移近量的 2/33/4 是底臌引起的，底臌造成的巷道维修量要占维护总量的 80%以上。为了使巷道断面保持一定的大小，保证生产能够进行，人们通常采用人工起底来处理底臌，这样不仅浪费人力、物力，严重
6、影响安全生产，同时不能从根本上解决问题，需反复起底。国内外许多专家学者对煤矿巷道底臌机理和控制技术作了大量的研究工作，取得一些重要的研究成果。在底臌量得预测方面，切尔尼亚克利用数理统计法对大量实测数据进行了分析，得出了预测巷道底臌的经验公式。美国的 K.Haramy 把底板岩层看作两端固支的岩梁进行分析，讨论了底板岩层地应力状态及稳定性。此外还有利用板壳理论建立了底板的压曲微分方程，非线性大变形连续体力学理论也已用来进行底臌量的计算。在底臌显现方面，姜耀东、陆士良根据巷道所处的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异、底板岩层鼓入巷道的方式将底臌分为：挤压流动性底臌；挠曲褶皱性底臌；遇水膨胀性底
7、臌；剪切错动性底臌。王卫军、侯朝炯认为回采巷道的底臌以挤压流动性底臌和挠曲褶皱性底臌为主，随着工作面支承压力的增加，回采巷道的底臌量增加。巷道底臌的控制方法总结如下：虽然巷道底臌机理的研究相对缓慢，但目前国内外各种控制底臌措施的探索工 作却十分活跃，试验成功了很多控制底臌的方法，归纳起来有以下几种方法：（1）加固法加固法就是对底臌巷道底板岩层进行支护或增强其强度，从而提高底板岩层的稳定性，减小底臌量。它包括底板锚杆、底板注浆及封闭式支架等形式。底板锚杆。底板锚杆主要有两个作用，一是把浅部不稳定的岩层与下面稳定岩层联结在一起，二是通过底板锚杆在巷道底板形成组合岩梁，抑制下部岩层因扩容引起的裂隙张
8、开及新裂隙的产生，同时，也可限制下部岩层向上鼓起，可起到一定的阻止底板向巷道内移动的作用。15#煤预留巷道双采动影响下围岩控制技术3底板注浆。底板注浆主要用来加固底板破碎岩层，浆液主要有水泥浆、聚胺脂、高水材料等。浆液渗透到岩层裂隙间，增加了破碎岩石之间的粘聚力，在底板中形成一个强度比破碎岩层大的反拱，从而在一定程度上阻止了下部岩层向上鼓起，同时，由于加固区岩层抗变形能力增加，故该区岩石的扩容、弯曲位移等会减少。封闭式支架。通过封闭式支架的底梁给底板岩层施加的反力提高了支架的整体支护阻力，也增加了支架控制底臌的支护阻力，改变底板岩层附近的应力状况，从而在一定程度上抑制底板岩层扩容、弯曲及膨胀变
9、形的产生。加固法虽然可以起到一定的抑制底臌的作用，但在有强烈底臌趋势的巷道中不仅材料消耗大、支护费用高，而且并不能真正起到控制底臌的作用，原因在于加固法只能被动维护底板，在高应力、松软底板的条件下，封闭式支架底梁往往无法充分发挥其承载能力，致使向巷道内鼓起，失去控制底臌的能力；很多情况下，底板锚杆由于在松软底板岩层中锚固基础差而锚固力不足或延伸量不匹配而失效；底板注浆可提高底板浅部岩层的强度，如注浆达不到底板岩层的破坏深度，则上部已加固岩层会被下部岩层顶起，因此，注浆控制底臌的作用也是有限的。（2）混凝土反拱混凝土反拱是一种适宜永久性巷道的底板支护措施，反拱具有较高而均匀一致作用于底板上的支护阻力。在巷道底板上按预定深度和形状挖出坑槽，再浇筑混凝土使其成为反拱。（3）卸压法卸压法与加固法控制底臌原理不同，主要通过切缝等一些方法改变巷道底板受力状况，使其处于应力降低区，从而保持底板稳定。国内外使用的卸压法包括底板切缝、钻孔、松动爆破及卸压煤柱等方法。 切缝。底板切缝可以将最大应力向围岩深部转移，使底板处于应力降低区，显著增加围岩的承载范围。底板切缝的卸压能力主要取决于切缝深度、宽度及形状、切缝与开巷的间隔时间等。 打钻孔在底板打钻孔的卸压机理与切缝类似，此法可以归结为以下几点：A 底板打钻后，周边应力峰值显著减小，应力向围岩深部转移转移；B 打钻孔后，底板内形成一
