12511轨道顺槽密集钻孔卸压护巷技术应用_姜泽.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：为避免回采1 2 5 1 1工作面时，1 2 5 1 1低抽巷和1 2 5 1 3轨道巷发生破坏，采用“补强锚索支护+密集钻孔”弱化顶板技术措施，即以1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点为分界点，分段提出1 2 5 1 1低抽巷补强支护和1 2 5 1 1轨道巷密集钻孔技术，并对密集钻孔进行单轴抗压原位测试，发现卸压钻孔围岩单轴抗压强度降低较为明显，最大降幅为7.5MPa，平均下降3.2MPa，表明密集钻孔切顶卸压可以很好地维护巷道围岩的稳定性。关键词：巷道支护；补强锚索；密集钻孔；切顶卸压中图分类号：TD3 2 2+.5；TD3 5 3+.6文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 2 5-0 3Application of Intensive Drilling Pressure Relief Roadway Protection Technology in 12511 Track EntryJiang Ze(Dongqu Colliery of Shanxi Coking Coal Group Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030000)Abstract:To avoid the damage of 12511 low level suction roadway and 12513 track roadway when mining at 12511 working face,the technical measures of supplement support and intensive drilling are adopted to weaken the roof,that is,taking No.19elevation point of 12511 low level suction roadway as the dividing point,the supplement support of 12511 low level suctionroadway and the intensive drilling technology of 12511 track roadway are proposed in sections,and the uniaxial compressive ofthe intensive drilling is tested in situ,which shows that the uniaxial compressive strength of the surrounding rock of the pressurerelief drilling is significantly reduced,the maximum reduction is 7.5 MPa,and the average reduction is 3.2 MPa,and proves thatthe stability of surrounding rock of roadway can be well maintained by the roof cutting pressure relief with intensive drilling.Key words:roadway support;supplement support anchor;intensive drilling;roof cutting pressure relief12511 轨道顺槽密集钻孔卸压护巷技术应用姜 泽（山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西太原0 3 0 0 0 0）坚硬顶板的煤层在工作面回采过程中会出现悬顶时间长、巷道应力集中程度高等现象，容易造成巷道和支护体失稳破坏1。因此，需采取一定的弱化顶板技术2改变工作面回采后的顶板岩层破断结构特征，优化工作面回采引起的侧向支承压力和底板支承压力分布规律。煤矿常用的弱化顶板技术主要有水力压裂切顶卸压、深孔爆破切顶卸压以及密集钻孔卸压等技术3，其中爆破切顶与水力压裂切顶技术工艺相对复杂4，而密集钻孔弱化切顶技术安全性高、成本低，且适应性强5，还可提高巷道开采效率。密集钻孔弱化切顶技术基于松动圈6机理。理论上认为，与巷道类似，钻孔形成后，其附近岩层从原三轴应力转为双轴或单轴应力状态，即钻孔周围形成卸压圈，从而降低了钻孔围岩强度。因此，密集钻孔弱化切顶技术有以下三个过程：第一是钻孔施工中，降低钻孔四周岩层强度，使其首先由弹性转为塑性状态7。第二是当孔壁附近的塑性区岩层达到极限变形量时，内圈岩层产生破裂区2。第三是当形成破裂区时，同时也扩大了塑性区范围，并产生人造结构弱面，造成硬岩层侧向悬臂在相应位置断裂8-9，实现切顶卸压。1工程概况1 2 5 1 1工作面位于东曲煤矿五采区东翼，北西、北东分别是已开采完的1 2 5 0 9工作面和保护煤柱，南东为1 2 5 1 3备采工作面。1 2 5 1 1工作面开采2#煤层，埋深1 4 6 4 6 9m，煤层厚度1.1 1.9 5m，平均厚度1.6m，煤层结构简单，倾角1 8，平均4，属于全区比较稳定的可开采煤层。在1 2 5 1 1工作面底板布置1 2 5 1 1低位瓦斯抽采巷，位于1 2 5 1 1和1 2 5 1 3工作面保护煤柱间的4#煤层内（2#与4#煤层间距约为3 6m），与1 2 5 1 1轨道顺槽平行布置。在瓦斯抽采巷中，按设计布置钻场、钻孔，实施1 2 5 1 1、1 2 5 1 3工作面预抽本煤层瓦斯措施，以减少或杜绝1 2 5 1 1和1 2 5 1 3工作面回采时的瓦斯超限，如图1所示。以1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点为分界点，1 9#高程点往后，巷道2 5江西煤炭科技2023年第1期空间关系如图1中的A-A剖面所示；1 9#高程点往前，巷道空间关系B-B剖面如图1所示。（a）巷道布置平面（b）巷道垂直布置图1巷道空间关系2补强支护方案及设计参数由于2#煤层与4#煤层间距小，1 2 5 1 1低抽巷将会受到1 2 5 1 1和1 2 5 1 3工作面回采引起的2次重复采动影响。同时1 2 5 1 3轨道巷已经掘进完成，也将受到1 2 5 1 1和1 2 5 1 3工作面回采造成的侧向支承压力影响。为避免1 2 5 1 1工作面回采作业破坏1 2 5 1 1低抽巷、1 2 5 1 3轨道巷的正常使用，采用“补强锚索支护+密集钻孔”弱化顶板技术措施，即1 2 5 1 1低抽巷采用补强锚索支护措施，1 2 5 1 1轨道巷采用密集钻孔措施。1 2 5 1 1低抽巷补强支护措施时空要求，1 2 5 1 1低抽巷补强支护应在1 2 5 1 1轨道顺槽密集钻孔施工前完成，且超前密集钻孔施工位置5 0m，同时应超前1 2 5 1 1工作面1 0 0 1 5 0m。1 2 5 1 1轨道巷密集钻孔的时空要求，密集钻孔应超前1 2 5 1 1工作面5 0 1 0 0m施工。2.112511低抽巷补强支护措施1 2 5 1 1低位瓦斯抽采巷设计工程量22 0 0m，矩形断面净宽、净高为4.5m、3.5m，净断面1 5.7 5m2。为满足1 2 5 1 1低抽巷稳定性要求，同时考虑补强支护成本，根据2#煤层与4#煤层间距的变化，以1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点为分界点，分段提出1 2 5 1 1低抽巷补强支护方案。（1）1 9#高程点往后补强锚索：沿1 2 5 1 1工作面推进方向，1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点往后区域，在原支护方案中2排锚杆之间补打3根规格为2 1.6mmL60 0 0mm钢绞线锚索，锚索间排距为10 0 0mm20 0 0mm。锚索托盘：选用规格为3 0 0mm3 0 0mm1 6mm的锚索托盘。钢带：规格为25 0 0mm3 0 0mm5mm的W型钢带。树脂锚固剂：每 棵 锚 索 选 取M S C K 2 3 6 0型3支。锚索预紧力：每棵施加预紧力不小于2 0 0k N。1 9#高程点往后补强锚索如图2所示。图219#高程点往后补强锚索（2）1 9#高程点往前补强锚索：沿1 2 5 1 1工作面推进方向，1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点往前区域，在原支护方案的两根锚索之间补打1根规格为2 1.6mmL 6 0 0 0m m钢绞线锚索。锚索托盘：选用规格为3 0 0mm3 0 0mm1 6mm的锚索托盘。树脂锚固剂、锚索预紧力：设计参数与1 9#高程点往后补强锚索相同，如图3所示。2 6江西煤炭科技2023年第1期图319#高程点往前补强锚索2.212511轨道巷顺槽密集钻孔根据2#煤与4#煤的层间距变化，以1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点为分界点，针对1 2 5 1 1轨道巷，分段设计密集钻孔技术参数，如表1、图4所示。表112511轨道顺槽密集钻孔具体参数1 9#高程点往前1 9#高程点往后钻孔深度/m8.08.0钻孔角度垂直顶板，允许偏差5 垂直顶板，允许偏差5 钻孔直径/mm1 1 34 2钻孔间距/mm5 0 03 0 0钻孔位置贴近煤壁帮，与煤壁帮最大间距0.5m贴近煤壁帮，与煤壁帮最大间距0.5m图412511轨道顺槽密集钻孔布置3应用效果与分析采用单轴抗压原位测试分析顶板力学性能的损伤程度，结合R B U S T-3 0型钻孔强度仪，现场验证1 2 5 1 1工作面密集钻孔弱化顶板措施的效果。选取两卸压钻孔（施工时间2 0 2 1年3月5日），分别在2 0 2 1年3月7日、1 1日进行测试，对从距煤壁帮0.5m的位置开始监测，间隔0.5m，结果如图5所示。（a）强度实测（b）强度损伤图5单轴抗压强度变化曲线分析图5可知，卸压钻孔单轴抗拉强度下降尤为显著，最大下降值和平均下降值分别是7.5M P a和3.2M P a，进行卸压钻孔后，其围岩应力状态产生显著变化，钻孔附近岩层转变为双轴或单轴应力状态，强度下降显著。4结论1）以1 2 5 1 1低抽巷1 9#高程点为分界点，分段提出1 2 5 1 1低抽巷补强支护和1 2 5 1 1轨道巷密集钻孔技术，并对密集钻孔进行单轴抗压原位测试，发现卸压钻孔围岩单轴抗压强度降低较为明显，最大下降值为7.5M P a，平均下降值为3.2M P a。根据岩体力学，卸压钻孔施工后，卸压钻孔围岩应力状态发生明显变化，钻孔附近岩层转变为双轴或单轴应力状态，强度下降显著。2）密集钻孔切顶卸压技术可避免1 2 5 1 1工作面回采过程中1 2 5 1 1低抽巷和1 2 5 1 3轨道巷发生破坏，保证工作面的安全高效回采，可以很好地维护巷道围岩的稳定性，且适应性强，安全经济。（下转3 0页）2 7江西煤炭科技2023年第1期参考文献：1 吴灿华.坚硬顶板无煤柱开采支护及工艺研究与应用J.江西煤炭科技，2 0 2 1（3）：7 2-7 5.2 马斌文，邓志刚，赵善坤，等.钻孔卸压防治冲击地压机理及影响因素分析J.北京：煤炭科学技术，2 0 2 0，4 8（5）：3 5-4 0 3 郭振波.水力压裂切顶卸压技术在干河煤矿的应用J.江西煤炭科技，2 0 2 1（1）：6 6-7 3.4 陈国华.综采工作面坚硬顶板预裂爆破切顶卸压技术研究J.山西能源学院学报，2 0 2 0，3 3（5）：4-5，8.5 侯公羽，胡涛，李子祥，等.切顶高度对巷旁支护沿空留巷稳定性的影响J.徐州：采矿与安全工程学报，2 0 1 9，3 6（5）：9 2 4-9 3 1.6 陈上元，赵菲，王洪建，等.深部切顶沿空成巷关键参数研究及工程应用J.武汉：岩土力学，2 0 1 9，4 0（1）：3 3 9-3 4 9 7 杨竹军.厚煤层区段小煤柱切顶护巷研究及应用J.北京：煤炭工程，2 0 1 9，5 1（5）：8 2-8 6 8 王正洋.切顶卸压成巷无煤柱开采技术研究J.徐州：煤炭科技，2 0 1 9，4 0（5）：3 5-3 8.9 赵华亮.店坪煤矿切顶卸压无煤柱护巷技术应