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摘 要：在复杂地质条件下，采用增大梯形棚岔角、巷道两帮开孔卸压等方法，减少巷道的维护量，有效的控制了巷道侧压显现，降低了巷道维修量，节约了支护成本，确保了掘进工作面的安全生产。
关键词：复杂地质条件 增大梯形棚岔角 开孔卸压 巷道侧压
长期以来，煤矿进行巷道维护的主要手段是对巷道进行二次支护和对围岩进行加固，但在某些复杂地质条件下，即使对巷道进行加强支护和加固围岩，巷道维护仍然很困难。本文采用几种经过井下现场施工检验的人为方法，通过增大棚子岔角、改变巷道围岩应力分布，可以收到明显改善巷道维护状况的效果。
1、工程概况
23514工作面是白水煤矿在二三采区布置的首采工作面，位于二三采区东翼。井上位置位于埝坡村北东，井下位置上邻杜康沟逆断层，下为埝坡村保护煤柱线，左侧为二三采区皮带运输巷和二三采区轨道运输巷，右侧为杜康沟逆断层。该工作面所采煤层为5#煤层，走向长度330m，切眼长度95m，煤层倾角4°～17°，煤层平均厚度4.5m，夹矸2～3层，平均夹矸厚度0.85m，煤层直接顶为黑色砂质泥岩（平均厚度2.1m），老顶为K4砂岩（厚4～6m），直接顶板极易破碎，属于Ⅰ类不稳定复合顶板，底板属于K3石英砂岩，致密坚硬（平均厚度2.6m）。本工作面整体为一波状起伏的单斜构造，从揭露资料观察工作面上顺槽有一条H=2.5m的断层，下顺槽导线点a2附近有一条H=5.0m的断层，切眼有两条断层，其落差分别为H=1.6m，H=1.8m，工作面下顺槽由于受断层影响，煤层结构变化大，顶板较为破碎，工作面外段有一向斜和一背斜小构造。
23514工作面地质示意图（如下）：
2、支护方式
23514上顺槽地质构造简单采用的支护方式为锚网索支护，下顺槽根据《23514掘进工作面地质说明书》地质构造较为复杂采用梯形棚支护，支护材料为11#矿用工字钢。巷道沿5#煤层顶板掘进施工。
3、出现的问题
在复杂地质条件下，巷道支护所承受的荷载主要是松动煤层的自重压力、煤层变形压力及断层边缘侧压三大类。而扩容剪胀变形和塑形流变变形是松软煤巷巷道变形压力的主要显现形式。剪胀一期体积应变达到其最大变形值的50%～60%，而围岩处于剪胀一期时应让其释放，依靠支护阻力限制它的发生与发展将耗费较高的成本与代价。
23514下顺槽掘进过程出现问题主要为巷道侧压过大，导致棚腿被挤回，部分正梯形巷道受压后变形成矩形巷道，更有严重者变形成倒梯形巷道，棚梁侧翻，给安全生产带来了严重的不利影响。在掘进工作面10m以外，巷道支架顶梁大量侧弯，棚腿普遍被两帮围岩挤回，巷帮底角两帮处相对移近速度达200mm/d，两帮底角相对最大移近量1500mm。
4、解决方案
（1）增大梯形棚岔角
原23514下顺槽巷道施工按照设计要求梯形棚的岔角为10°，棚腿受侧压影响，挤回现象较为普遍，巷道维护量较大。影响了掘进速度，增大了成本投入，影响了安全生产。原23514下顺槽导线点a4前122m处遇到断层H>25m，无法继续施工。后退重新施工现23514巷道，在施工现23514里段巷道时，对施工巷道断面进行了调整，梯形棚的岔角由10°增大为15°。棚子下宽由3730mm调整为4150mm。梯形棚受侧压后棚腿挤回200mm的情况下，棚子下宽基本能够保持在3700mm左右，巷道维护量得到了改善，但局部侧压较大地方存在正梯形巷道受压后变形成矩形巷道及倒梯形的现象。（如上图）
（2）巷道两帮开孔卸压
巷道两帮开孔卸压原理，是使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移，从而使围岩的整体稳定性得到显著提高。
针对局部侧压较大地方存在正梯形巷道受压后变形成矩形巷道及倒梯形的情况，采用巷道两帮开孔卸压方法，在两帮每0.8米棚距各打2排Ф43mm、深1.5m的钻孔，进行卸压支护。措施实施后，两帮移近量明显减少，两帮底角相对移近速度下降到50mm/d，两帮相对移近量减少到500mm。支架顶梁没有出现侧弯现象，巷道支护状况明显改善。
5、实施前后效果比对
现23514下顺槽里段，在掘进和回采过程中专门安排维修巷道三次，维修巷道距离160余米，不计算使二次维护使用的材料成本，仅仅人力成本就5万多元。
采用以上解决方案后，现23514下顺槽外段施工130米，仅用18天时间。掘进完成后除了个别棚子出现棚腿被挤回现象，经过一次维护后，直至回采结束23514下顺槽外段没有大范围出现需要维修的棚子。
6、总结
通过这一系列措施的实施，23514回风巷外段巷道支护效果明显变好，棚子变形由普遍现象转为个别现象取得了预期的效果，有效的控制了巷道侧压显现，降低了巷道维修量，节约了支护成本，确保了掘进工作面的安全生产。特别是在复杂地质条件的二三采区梯形棚巷道的掘进，有着积极的借鉴作用。
参考文献：
[1]钱鸣高 石平五主编《矿山压力与岩层控制》中国矿业大学出版社 2003年11月第一版
[2]朱振明 肖调燕等 《掘进支护工》煤炭工业出版社 1997年7月第一版
关键词：复杂地质条件 增大梯形棚岔角 开孔卸压 巷道侧压
长期以来，煤矿进行巷道维护的主要手段是对巷道进行二次支护和对围岩进行加固，但在某些复杂地质条件下，即使对巷道进行加强支护和加固围岩，巷道维护仍然很困难。本文采用几种经过井下现场施工检验的人为方法，通过增大棚子岔角、改变巷道围岩应力分布，可以收到明显改善巷道维护状况的效果。
1、工程概况
23514工作面是白水煤矿在二三采区布置的首采工作面，位于二三采区东翼。井上位置位于埝坡村北东，井下位置上邻杜康沟逆断层，下为埝坡村保护煤柱线，左侧为二三采区皮带运输巷和二三采区轨道运输巷，右侧为杜康沟逆断层。该工作面所采煤层为5#煤层，走向长度330m，切眼长度95m，煤层倾角4°～17°，煤层平均厚度4.5m，夹矸2～3层，平均夹矸厚度0.85m，煤层直接顶为黑色砂质泥岩（平均厚度2.1m），老顶为K4砂岩（厚4～6m），直接顶板极易破碎，属于Ⅰ类不稳定复合顶板，底板属于K3石英砂岩，致密坚硬（平均厚度2.6m）。本工作面整体为一波状起伏的单斜构造，从揭露资料观察工作面上顺槽有一条H=2.5m的断层，下顺槽导线点a2附近有一条H=5.0m的断层，切眼有两条断层，其落差分别为H=1.6m，H=1.8m，工作面下顺槽由于受断层影响，煤层结构变化大，顶板较为破碎，工作面外段有一向斜和一背斜小构造。
23514工作面地质示意图（如下）：
2、支护方式
23514上顺槽地质构造简单采用的支护方式为锚网索支护，下顺槽根据《23514掘进工作面地质说明书》地质构造较为复杂采用梯形棚支护，支护材料为11#矿用工字钢。巷道沿5#煤层顶板掘进施工。
3、出现的问题
在复杂地质条件下，巷道支护所承受的荷载主要是松动煤层的自重压力、煤层变形压力及断层边缘侧压三大类。而扩容剪胀变形和塑形流变变形是松软煤巷巷道变形压力的主要显现形式。剪胀一期体积应变达到其最大变形值的50%～60%，而围岩处于剪胀一期时应让其释放，依靠支护阻力限制它的发生与发展将耗费较高的成本与代价。
23514下顺槽掘进过程出现问题主要为巷道侧压过大，导致棚腿被挤回，部分正梯形巷道受压后变形成矩形巷道，更有严重者变形成倒梯形巷道，棚梁侧翻，给安全生产带来了严重的不利影响。在掘进工作面10m以外，巷道支架顶梁大量侧弯，棚腿普遍被两帮围岩挤回，巷帮底角两帮处相对移近速度达200mm/d，两帮底角相对最大移近量1500mm。
4、解决方案
（1）增大梯形棚岔角
原23514下顺槽巷道施工按照设计要求梯形棚的岔角为10°，棚腿受侧压影响，挤回现象较为普遍，巷道维护量较大。影响了掘进速度，增大了成本投入，影响了安全生产。原23514下顺槽导线点a4前122m处遇到断层H>25m，无法继续施工。后退重新施工现23514巷道，在施工现23514里段巷道时，对施工巷道断面进行了调整，梯形棚的岔角由10°增大为15°。棚子下宽由3730mm调整为4150mm。梯形棚受侧压后棚腿挤回200mm的情况下，棚子下宽基本能够保持在3700mm左右，巷道维护量得到了改善，但局部侧压较大地方存在正梯形巷道受压后变形成矩形巷道及倒梯形的现象。（如上图）
（2）巷道两帮开孔卸压
巷道两帮开孔卸压原理，是使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移，从而使围岩的整体稳定性得到显著提高。
针对局部侧压较大地方存在正梯形巷道受压后变形成矩形巷道及倒梯形的情况，采用巷道两帮开孔卸压方法，在两帮每0.8米棚距各打2排Ф43mm、深1.5m的钻孔，进行卸压支护。措施实施后，两帮移近量明显减少，两帮底角相对移近速度下降到50mm/d，两帮相对移近量减少到500mm。支架顶梁没有出现侧弯现象，巷道支护状况明显改善。
5、实施前后效果比对
现23514下顺槽里段，在掘进和回采过程中专门安排维修巷道三次，维修巷道距离160余米，不计算使二次维护使用的材料成本，仅仅人力成本就5万多元。
采用以上解决方案后，现23514下顺槽外段施工130米，仅用18天时间。掘进完成后除了个别棚子出现棚腿被挤回现象，经过一次维护后，直至回采结束23514下顺槽外段没有大范围出现需要维修的棚子。
6、总结
通过这一系列措施的实施，23514回风巷外段巷道支护效果明显变好，棚子变形由普遍现象转为个别现象取得了预期的效果，有效的控制了巷道侧压显现，降低了巷道维修量，节约了支护成本，确保了掘进工作面的安全生产。特别是在复杂地质条件的二三采区梯形棚巷道的掘进，有着积极的借鉴作用。
参考文献：
[1]钱鸣高 石平五主编《矿山压力与岩层控制》中国矿业大学出版社 2003年11月第一版
[2]朱振明 肖调燕等 《掘进支护工》煤炭工业出版社 1997年7月第一版