综采工作面超前应力区围岩控制技术研究论文

 

　　关键词：综采工作面,块体滑移,围岩控制,锚索吊棚

 

　　综采工作面超前应力区巷道围岩发生应力破坏主要体现在顶板断裂、破碎、底板鼓起等各种不良现象，如果超前应力区出现了应力破坏问题，会对后期设备回撤造成不良影响，容易出现安全事故，这会对综采工作面安全回采造成威胁，因此，要做好超前应力区围岩控制分析工作。

 

 

　　1）脆性破裂一般都会出现在高地应力区域。综采工作面内的部分岩体会存储较大弹性应变能，开展开挖荷载之后，会突然释放大量能量，在这一情况下，就会发生脆性破裂问题[1]。

 

　　2）块体滑移也是块状结块围岩中一种较为常见破坏形式，通常会在结构面交汇切割组合出现不同块塌落、滑移等问题，上述问题的出现，也会对后期开采作业造成不良影响。

 

　　3）破碎结构岩受震动力和张力影响，容易导致岩体出现解脱、松动等不良现象，尤其是会在洞顶侧出现崩落问题，而边墙上会出现碎块塌落或滑塌等不良现象[2]。如果结构面存在夹泥，受这一因素影响，会出现大规模塌方问题，若没有依据实际情况，采取合理措施完成相应支护作业，随着时间推移，塌方现象会越发严重，最终会发生冒顶事故，危害巨大[3]。

 

　　4）岩层出现的弯曲折断现象是导致层状围岩发生变形，以及失稳现象的主要原因。针对倾斜层桩围岩来说，如果层间结合情况出现不良现象，顺倾向一侧拱脚上部分岩层容易出现折断问题，同时，逆倾向一侧边墙或顶拱也容易出现滑块。而对于直立岩层或陡倾，由于洞周切向应力平行与边墙岩层则处于平行状态，在这一情况下，边墙也容易发生凸帮弯曲等不良现象。

 

　　5）一般强烈构造、强烈风化破碎，或新近推挤土体，其受围岩应力、重力等各项作用影响，会出现塑性变形及冒落等问题[4]。

 

 

　　某矿9212工作面回采至538.5 m处时，与工作面相距29.5 m范围内回风顺槽区域应力集中，在这一区域会发生顶板破碎、梁板收缩等各种不良影响。回采至550.5 m处时，出现了显著应力破碎现象，这一情况的出现，将会导致回风顺槽支设单体柱发生严重变形问题，顶板会出现下沉现象，具体下沉量约为0.43 m，两帮收敛量约为0.55 m，这会对后续开采效率、稳定性等造成直接影响。

 

 

 

　　1）通过设置卸压孔方式，能够沿着卸压孔释放应力，避免围岩应力围岩内空隙发生传导，致使围岩出现破碎现象，会对后续工作造成不良影响。

 

　　2）依据9212工作面的实际情况，设置卸压孔，其深约为5.2 m，直径为5.2 cm。实际布置期间，为了保证卸压孔合理，要将间距控制在3.2 m。

 

　　3）卸压孔施工完成后，为了保证卸压时，避免由于外力影响，导致孔壁出现裂缝、脱落等问题，工作人员要将卸压花管安装在卸压孔处，在这一过程中，要采用丝扣与花管进行连接，实际连接时，要加强控制，连接必须牢固，不得出现松动情况。

 

 

　　3.2.1锚索吊棚的目的

 

　　采用高强度锚索，完成锚索吊棚搭架，具体作业开展时，将钢梁悬吊在岩体上，完成上述作业后，采用钢梁施加预紧力，确保钢梁与岩体可以紧密连接在一起，避免出现岩体接触松散，而对后续作业开展造成不良影响。如果顶板岩体由于受力作用影响，发生下沉现象，采用的钢梁能够对顶板岩体施加主动支护作用，从而实现对岩体下沉情况的合理控制，避免由于下沉问题，影响后续作业。

 

　　3.2.2锚索吊棚的组成

 

　　9212巷施工期间的锚索吊棚由多个不同结构构成。采用的工字钢梁宽度为0.15 m，长度为4.6 m，为了确保钢梁性能稳定，能够满足应用需求，需要布置3个恒阻锚索支护孔，相邻孔之间距离要控制在1.9 m，采用的恒阻锚索直径为2.22 cm，长度为6.3 m，为了保证恒阻锚索承压力可以达到要求，避免在投入应用后出现事故，恒阻锚索承载力要达到1 900 MPa。

 

　　3.2.3施工工序

 

　　1）锚索吊棚施工作业开展时，具体施工流程如图1所示。具体施工作业开展时，9212工作面上设置的锚索吊棚之间的距离要控制在2.2 m，原顶板钢带设置在锚索吊棚间，确保整个施工顺利进行，以免后续施工开展发生事故，造成巨大经济损失及人员伤亡。

 

　

 

　　2）开展锚索吊棚施工作业时，要确保采用的锚索锚固强度能够达到预期。具体施工期间，每根锚索要采取2根锚固剂进行锚固处理，采用的锚索锚固强度要控制在295 kN以上。完成锚索吊棚施工后，要保证顶板与钢梁能够严密接触，而针对破碎区锚索，要将水泥背板安装在相邻吊棚与两架之间，具体安装时要做好控制，确保水泥背板能够保持稳定[5]。

 

 

　　1）设置的梯钢棚应当由卡缆、顶梁、棚腿等多个部分共同构成，每个构成部分性能都必须良好，避免由于构成部分性能不达标，而影响梯形钢棚最终性能与应用。顶梁应当采用宽度0.19 m、长4.6 m的槽钢焊制而成。在顶梁两端应当分别焊制一个固定孔，采用工字钢梁焊制成棚腿，采用的棚腿长度为2.6 m，为了确保顶梁与棚腿稳定，以免由于松动，而对后续工作开展造成不良影响，要采用卡槽固定顶梁与棚腿[6]。

 

　　2）架设作业在梯形钢棚超前工作面5.1 m处进行，实际作业开展时，为了保证该作业顺利进行，避免发生安全事故，要先进行钢棚底座安装，再固定底座，完成上述作业后，通过对性能满足要求的螺母进行应用，完成棚腿和底座固定工作，在这一期间，工作人员要控制好每一处细节，以免由于施工不合理，引发安全事故[7]。

 

　　3）完成梯形钢棚安装作业后，要确保顶梁与顶板接触保持密实，二者不得存在缝隙，避免对后续开采作业造成不良影响，引发安全事故，延误开采工期，降低开采效率，引起人员伤亡。若发现回风顺槽顶区域发生了破碎、冒落等问题，此时，为确保支护效果可以达到预期，要将5根长度为3.3 m的工字钢梁布置在相邻三架钢棚顶梁间巷道区域。

 

 

　　通过对本次矿产工程的开采情况来看，9212工作面已经回采至602.5 m。针对9212工作面的应力集中区围岩利用联合控制措施完成相应处理后，工作人员将一组位移监测仪器安装在的顶板和巷帮区域，具体布置时，需要安装在工作面超前19.5 m处，通过对其进行应用，能够实现对9212工作面情况的合理监控。通过对后期回采期间，现场情况进行全面勘察能够确定，通过对上述措施进行应用，实现对围岩受力情况变形的控制，围岩变形情况得到了合理改善。通过对9212工作面区域内围岩变形情况的观察可以发现，在0~4 d内，围岩范围区域受应力影响会发生较为严重变形问题，两帮收敛量为0.22 m，顶板处最大下沉量为0.15 m，而在4~6 d内通过对联合支护作用进行应用，能够有效减少围岩变形现象的发生，而6 d后顶板与两帮处于相对稳定状态，确保围岩不会发生严重变形问题。

 

 

　　针对超前预应力集中区域，通过在围岩区域设置施工卸压孔，可以释放围岩内部压力，以免受集中应力原因影响导致围岩裂隙发生严重扩张，保证围岩能够保持稳定。具体作业期间采用的锚索吊棚与传统W型钢带相比，保护效果更好，这也是其得到广泛应用的主要原因。此外，梯形钢棚其在应用时，其能够适宜大变形围岩，这也是矩形钢棚在应用时，不具备的一项优点。

 

 

　　[1]李可可.张双楼煤矿不规则综采工作面超前支承应力演化规律研究[J].现代矿业，2022，38（1）：88-90.

 

　　[2]李兵，贾男.大采高松软煤层在耦合应力影响作用下的应力分布规律研究[J].能源技术与管理，2021，46（3）：8-9.

 

　　[3]徐江山.综采工作面超前应力底鼓区控制技术应用[J].山东煤炭科技，2020（11）：54-55.

 

　　[4]毕国胜，张建民，何彪太.综采工作面超前支承应力分布规律的理论与实践研究[J].科技风，2020（24）：107-108.

 

　　[5]宣鑫.综采工作面超前应力集中区支护优化[J].山东煤炭科技，2020（4）：40-41.

 

　　[6]亢竑程，刘长华，秦洪岩.综采工作面巷道超前应力和围岩变形研究[J].煤炭技术，2019，38（6）：4-6.

 

　　[7]尹超.倾斜厚煤层综采工作面超前支承压力特征分析[J].内蒙古煤炭经济，2016（20）：112-115.