察哈素煤矿31315工作面停采期间巷道变形原因分析_郭庆瑞.pdf

第42卷第02期2023年02月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.02Feb.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.02.0211工程概况察哈素煤矿31315工作面南西为31313工作面采空区，北东为正在掘进的31317工作面，北西为主斜井井底，南东为井田南边界，与尔林兔井田相邻。31315工作面地面标高+1 280.8+1 364.3 m，煤层底板标高+945.04+960.00 m，平均埋深362 m。工作面推进长度4 044.06 m，宽295.87 m，工作面面积119.65万m2。31315运输巷布置在3-1煤层中，该煤层位于侏罗系中下统延安组上部，属全区可采稳定煤层，是井田的主要可采煤层之一。煤层厚度由南东向北西有逐渐变薄的趋势。煤层总体走向165，倾向255，倾角13。该煤层结构较简单，厚度5.116.95 m，平均厚度5.50 m。煤层底板向上0.200.35 m，有12层厚0.150.25 m的夹矸，夹矸岩性为砂质泥岩。不加夹矸下煤层，煤厚5.656.25 m，平均5.81 m。煤岩组分以暗煤为主，亮煤次之，含少量丝炭及黄铁矿薄膜，沥青光泽，条带状结构，块状构造，参差状断口。31315工作面上方为2-2煤31201工作面采空区，平均层间距37.75 m，31201工作面位于2-2上煤赋存边缘，煤层厚度1.63.3 m，平均厚度2.3 m，采用综合机械化采煤工艺，设计平均采高2.3 m。31201工作面回采过程中覆岩运移形成的垮落带高度5.1 m，裂隙带发育高度5.148.51 m，弯曲下沉带发育高度48.51 m以上。工作面直接顶厚度5.1 m，垮落步距约10.48 m，能够随采随冒；基本顶厚度为20.6 m的泥岩，垮落步距37.7 m。31315工作面采掘工程平面图和剖面图如1所示。察哈素煤矿31315工作面运输巷和回风巷均沿煤层底板掘进，分别留有厚度为1.5 m和2.0 m的顶煤，由巷道围岩变形较大区域附近的钻孔柱状可知，该区域直接底岩层为砂质泥岩、煤和炭质泥岩，总厚度1.05 m，老底为岩层为砂质泥岩，厚度8.15 m。伪顶为砂质泥岩，厚度0.80 m，直接顶岩层为中粒砂察哈素煤矿 31315 工作面停采期间巷道变形原因分析郭庆瑞1，马军强2，刘敬东1，余波1，田灵涛1，陶彦名1，徐乐1，张国忠1，郭红军1（1.国电建投内蒙古能源有限公司，内蒙古 鄂尔多斯017209；2.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州221116）摘要：针对察哈素煤矿31315工作面回采过程中因长时间停采导致31315运输巷围岩变形增大的问题，通过顶板围岩裂隙发育特征实测研究了31315运输巷在停采期间的变形破坏原因，并提出了相应的解决措施。为同类条件下工作面开采时回采巷道围岩控制技术方案选择提供了依据。关键词：工作面停采；钻孔窥视；围岩变形；裂隙发育中图分类号：TD353文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）02 090 04Research on Causes of Roadway Deformation during Stopping ofMining in 31315 Working Face of Chahasu Coal MineGUO Qingrui1，MA Junqiang2，LIU Jingdong1，YU Bo1，TIAN Lingtao1，TAO Yanming1，XU Le1，ZHANGGuozhong1，GUO Hongjun1（1.Guodian Construction Investment Inner Mongolia Energy Co.,Ltd.,Ordos 017209,China;2.School of Mines,ChinaUniversity of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China）Abstract:Aiming at the problem of the increase in deformation of the surrounding rock of the 31315transportation lane due to long-term stoppage during the mining process of the 31315 working face ofChahasu coal mine,the cause of deformation and failure of the 31315 transportation lane during thestop of mining was studied through the actual measurement of the development characteristics of theroof surrounding rock fissures,and proposed corresponding solutions.It provides a basis for the selectionof the control technology scheme for the surrounding rock of the mining roadway in the mining of theworking face under the same conditions.Key words:stop mining at working face;drill hole peep;surrounding rock deformation;fissuredevelopment90岩和粗粒砂岩，总厚度8.3 m。基本顶为中粒砂岩，厚度16.55 m。31315工作面岩层综合柱状如图2所示。图231315工作面岩层综合柱状图2巷道支护技术方案31315运输巷采用锚网索支护方式（见图3），具体支护参数如下：（1）顶部锚杆采用22 mm2 600 mm左旋螺纹钢锚杆，间排距1 000 mm1 000 mm；开采帮采用22 mm2 200 mm玻璃钢锚杆，间排距1 000 mm1 000 mm，非开采帮采用22 mm2 600 mm左旋螺纹钢锚杆，间排距1 000 mm1 000 mm；每根锚杆使用1支CK2360树脂锚固剂，螺纹钢锚杆锚固力100 kN/根，玻璃钢锚杆锚固力78.4 kN/根。（2）锚索选用17.8 mm8 000 mm的钢绞线，配WD280-3.5型钢带；每根锚索使用2支CK2360树脂锚固剂和1支MSZ2360树脂锚固剂，预紧力（a）31315工作面采掘工程平面图（b）31315工作面采掘工程剖面图图131315工作面空间位置示意图图331315运输巷支护方案31317工作面31315工作面31201采空区31203采空区31315运输顺槽31317工作面煤柱30 m31317回风顺槽31315工作面31201工作面采空区及煤柱压力影响区域256 m37.75 m31315运输顺槽岩层名称中粒砂岩粗粒砂岩中粒砂岩粗粒砂岩中粒砂岩砂质泥岩3-1煤砂质泥岩煤砂质泥岩炭质泥岩厚度/m16.550.804.900.552.050.805.500.200.300.200.35柱状3 800左旋螺纹钢锚杆锚索：排距2.0 m点焊金属网左旋螺纹钢锚杆222 20017.88 000222 6005 4005 6001002004 1001 0001 0001 0001 0001 0003002 00010075753003501 0001 0001 00075075100第42卷第02期Vol.42 No.02察哈素煤矿31315工作面停采期间巷道变形原因分析郭庆瑞，等91（a1）2.30 m（a2）2.38 m（a3）2.51 m（a4）2.68 m（a5）2.81 m（a6）2.90 m（a7）3.01 m（a8）3.09 m（a9）3.11 m（a）钻孔岩层裂隙部分截图（b1）1#（b2）2#（b3）3#（b）顶板岩层裂隙空间分布特征图531315运输巷超前段顶板裂隙分布特征180 kN/根。锚索锚固长度必须锚入顶板稳定坚硬岩层不少于1 m为准。（3）顶板和非开采帮采用6.5 mm焊接钢筋网，网格规格100 mm100 mm；开采帮采用塑料网，型号 为HBPP30-30MS，网 格40 mm 40 mm，规 格3 800 mm10 000 mm。331315运输巷围岩变形破坏原因分析察哈素煤矿31315工作面回采至距离停采线290310 m位置时，31315运输巷出现了围岩变形量增大的现象，具体表现为31315运输巷超前支护段距离工作面开切眼50 m范围内顶板靠开采帮肩窝处下沉量较大，并伴有局部鼓兜，钢带折弯，底板鼓起和煤柱帮鼓兜等现象。3.131315运输巷围岩裂隙发育特征实测为了分析31315运输巷超前支护段围岩变形破环的原因，2021年7月10日早班利用钻孔成像仪观测了31315运输巷超前支护顶板围岩内部结构及裂隙发育情况。于31315运输巷距离工作面切眼20、30、55 m处共布置5个观测孔进行顶板围岩结构和裂隙发育规律探测，测站布置如图4所示。图4围岩裂隙发育规律实测测站布置图测孔分别布置在巷道顶板距离煤柱1.5 m处，顶板测孔深12 m。钻孔直径32 mm。31315运输巷超前段顶板岩层裂隙分布部分截图和空间分布特征如图5所示。通过对31315运输巷超前支护段3个测站顶板岩层裂隙空间分布特征及现场实测数据进行分析，得出以下结论：（1）1#钻孔所在位置巷道顶板围岩完整性很差，顶板06.50 m内裂隙交错纵横，破碎严重，3.14.90 m内裂隙发育程度很大，在此区域内出现了长度不一的纵向裂隙和交叉裂隙，在00.50、2.002.20、5.705.80 m处出现连续破碎区，在1.01.50 m和2.502.80 m内顶板出现了明显的离层，并且当探头伸入钻孔内6.60 m更深区域时，出现了黄泥，并且由于钻孔坍塌探头不能继续向前，根据工人的打孔经验，推测6.607.30 m内围岩破碎程度高，为塌孔区域。（2）2#钻孔所在位置巷道顶板浅部区域围岩完整性较差，在2.002.40、2.603.30 m内裂隙发育程度很大，在此区域内出现了长度不一的纵向裂隙和交叉裂隙，01.10、1.702.00、2.402.60 m处出现连续破碎区，在1.001.70、2.502.80 m内顶板出现了明显的离层，3.3012.0 m内未见明显的离层、横向裂隙、纵向裂隙和破碎区域，完整性好。（3）3#钻孔所在位置巷道顶板浅部02.50 m内围岩完整性较差，在1.101.50 m内裂隙发育程度很大，在此区域内出现了长度不一的纵向裂隙和交叉裂隙，在2.302.50 m内出现连续破碎区，在01.0 m内出现了明显的离层，在2.5012.0 m内未见明显的离层、横向裂隙、纵向裂隙和破碎区域，完整性好。3.231315运输巷围岩变形破坏原因由钻孔窥视结果可推测，该区域顶板岩层可能存在风化程度较高的风氧化带，且31315工作面回采至距离停采线290310 m位置时，首先，由于煤炭销售原因连续停采，工作面超前50 m范围内的巷道处于超前支承压力分布范围内的应力增高区域内，工作面两巷超前支护范围内巷道上方的顶煤、伪31315运输巷3#2#1#测站测站测站31315工作面31315工作面开切眼孔深/m孔深/m孔深/m12.011.010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.012.011.010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.012.011.010.09.08.07.06.05.04.03.02.01.0堵孔完整区域破碎区域裂隙发育纵向裂隙离层3#2#第42卷第02期察哈素煤矿31315工作面停采期间巷道变形原因分析郭庆瑞，等Vol.42 No.0292顶和直接顶岩体处于持续的高应力状态；其次，为