宋垠珠

(1.汾西新峪煤業(yè)公司,山西孝義 032300;2.中國礦業(yè)大學 (北京),北京 100083)

巷道工程

傾斜煤層回采巷道布置方式與支護技術(shù)

宋垠珠1,2

(1.汾西新峪煤業(yè)公司,山西孝義 032300;2.中國礦業(yè)大學 (北京),北京 100083)

M in ing Roadway Layout and Supporting Technology of Inclined Coal Seam

針對新峪礦曙光西區(qū)開采煤層受到地質(zhì)構(gòu)造影響,礦壓顯現(xiàn)極其明顯的問題,重點從巷道斷面選型、支護方案,特別是對右側(cè)幫的控制等方面進行了闡述。井下工業(yè)性試驗表明,采取的支護方式能夠解決右?guī)屯怀鲎冃蔚闹ёo難題,滿足工作面安全回采的使用要求。

傾斜煤層;側(cè)壓;支護技術(shù);安全回采

新峪礦曙光西區(qū)是新拓展采區(qū),主采 2號煤層,平均厚度約 2.5m,煤層傾角平均 15°。D1201工作面是西區(qū)的首采面,已經(jīng)完成回采,后續(xù)工作面采用跳采方式,護巷煤柱為 20m,現(xiàn)階段正在回采D1203工作面。從 D1201首采面兩巷支護狀況來看,巷道斷面呈矩形布置,掘進過程右?guī)偷V壓顯現(xiàn)非常明顯,多數(shù)地段煤體破碎,而且鼓出非常明顯,巷道斷面收縮嚴重。為了安全回采,采取了擴幫和加固右?guī)偷拇胧?勉強維持工作面推進。

煤層傾角達 15°,與巷道布置方向傾斜相交,巷道右側(cè)幫為煤巖相間面,煤層受到地質(zhì)構(gòu)造影響,引發(fā)巷道右?guī)妥冃瓮怀?。固然與煤層所處地質(zhì)環(huán)境有關,但也與巷道支護方式有直接關系。分析原有支護方案,主要存在以下不足:

(1)巷道整體支護強度不夠,沒能及時控制巷道圍巖變形,致使圍巖淺部出現(xiàn)離層松動,壓力顯現(xiàn)強烈,現(xiàn)有巷道支護強度無法控制圍巖變形。

(2)巷道兩幫的支護強度偏低,特別是右側(cè)煤幫支護強度遠遠沒有達到控制圍巖變形的要求,巷道右?guī)驼w外移。

(3)巷道頂板錨索長度較短,沒有發(fā)揮錨索錨固深度大,錨固強度高的優(yōu)勢。

1 巷道斷面選擇

由于煤層傾角較大,巷道斷面的形狀對控制圍巖的穩(wěn)定非常關鍵。為了解決曙光西區(qū)回采巷道支護難題,首先對巷道斷面形狀進行了優(yōu)化。

1.1 矩形布置

工作面兩巷采用矩形斷面,巷道沿煤層傾向布置,沿煤層底板掘進。由于煤層厚度掘進需要破部分頂板。該種布置方式具有以下優(yōu)點:

(1)巷道沿煤層傾向布置,巷道成型好,受力狀態(tài)適應圍巖應力變化。

(2)工作面開切眼布置方式比較方便,兩巷端部與開切眼開口銜接比較容易;另外工作面回采過程中,上下兩巷端頭維護比較容易。

(3)巷道沿煤層底板掘進,沒有破壞到煤層底板,對巷道預防底鼓有很大益處。

工作面兩巷采用矩形斷面,具有以下弊端:

(1)兩巷開口處與煤層銜接存在問題,開口需要與煤層傾向一致。

正說著，天空傳來“突突突”的聲音。壺天曉遠遠地感應到，一架架含有云石粒子的直升機正載著大批援軍趕來。它們的速度極快，像是在跳躍著飛行、閃移。

(2)掘進破壞了 500mm厚的頂板,頂板如果出現(xiàn)破碎地段,可能出現(xiàn)漏頂,造成頂板巖層不平整,鋼帶接頂難度大,支護效果降低。

1.2 斜矩形布置

工作面兩巷采用斜矩形斷面,沿煤層頂板掘進,破壞部分底板。該種布置方式具有以下優(yōu)點:

(1)兩巷開口易于煤層銜接,巷道掘進方式簡單。

(2)巷道掘進對煤層頂板的破壞較小,頂板的完整性比較好,對于鋼帶的接頂比較容易,巷道支護現(xiàn)場施工方便可行,支護相對容易。

工作面兩巷采用斜矩形斷面,具有以下弊端:

(1)巷道成型不太好,巷道左幫低,右?guī)透?巷道受力狀態(tài)差,右?guī)涂刂齐y度增大。

(2)巷道掘進破壞了底板,底板的強度降低和厚度減少,容易發(fā)生底鼓。

(3)工作面開切眼開口與兩巷銜接難度增大,而且工作面回采時,兩巷端頭維護困難。

綜合對比分析 2種巷道布置的優(yōu)缺點,宜采用斜矩形斷面布置方式。

2 巷道支護

曙光西區(qū)開采山西組的 2號煤層,平均采高2.5m,煤層中有 0.6m的夾矸。煤層傾角 9～16°,平均 15°。煤層存在 0.3m厚的偽頂;直接頂為砂質(zhì)泥巖,層厚 1.6m,性脆,節(jié)理裂隙發(fā)育,基本頂為中砂巖,層厚 6.1m,厚層狀,比較堅硬;直接底為 0.9m厚的泥巖,性脆,層理發(fā)育,老底為3.5m的砂質(zhì)泥巖,層厚狀,性脆。

支護試驗巷道為 D1203工作面材料巷,斷面為斜矩形,巷道寬 4100mm,左幫高 2500mm,右?guī)透?3600mm,掘進斷面為 12.5m2。

頂板布置 5根 <22mm,長度 2.2m的高強錨桿,間排距 900mm×900mm,采用 1支 K2355和 1支 Z2355進行樹脂加長錨固。采用厚 3.0mm,寬度280mm,長度 3.8m的W鋼帶護頂。錨桿托板規(guī)格為130mm×130mm×10mm,采用12號鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護頂。

頂板布置 2根 <15.24mm,長度 6.3m的錨索加強支護,間排距1400mm×1800mm,托板規(guī)格為300mm×300mm×16mm。

右?guī)筒贾?4根 <20mm,長度 2.0m的高強錨桿,間排距900mm×900mm;采用1支 Z2355錨固劑錨固,采用厚3.0mm,寬280mm,長2.9m的W鋼帶護幫;采用 12號鐵絲網(wǎng)護幫。右?guī)土硗獠贾?根 <15.24mm,長 4.0m的短錨索加強支護,排距 1.8m;下幫錨索距離底板 1.0m,上幫錨索距離頂板0.8m,托板規(guī)格為300mm×300mm×16mm。

左幫布置 3根 <18mm,長度 1.8m的圓鋼錨桿,采用 1支 Z2355錨固,12號鐵絲金屬網(wǎng)護幫。兩巷支護設計見圖 1。

3 支護效果

圖 2為D1203工作面材料巷表面位移觀測曲線,從觀測曲線可以看出,巷道頂?shù)装宓淖冃坞S著掘進逐漸增大,剛開始增加的幅度比較大,但是逐漸遠離掘進影響區(qū)后頂?shù)装遄冃乌呌诜€(wěn)定。頂板、左幫、右?guī)偷淖畲笞冃瘟糠謩e為 114mm,40mm, 59mm。巷道的表面位移較小,表明采用的支護方案有效地控制了頂板和兩幫的變形。而且,從現(xiàn)場實地觀測來看,材料巷的成型非常好,頂板沒有出現(xiàn)掉渣和鼓包現(xiàn)象,兩幫也沒有出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。試驗工作面D1203在回采期間,現(xiàn)場實地觀察發(fā)現(xiàn),巷道經(jīng)受住了強烈動壓的影響,表面位移沒有明顯的變化,確保了工作面安全回采。

圖1 兩巷支護設計

圖2 工作面材料巷表面位移

圖 3為 D1203工作面材料巷頂板離層曲線,錨固區(qū)最大離層量為 17mm,錨固區(qū)外最大離層量為 15mm,巷道頂板的離層量比較小,表明錨桿對控制錨固區(qū)圍巖的離層和滑動起到了決定性的作用,錨桿提供的作用力有效地阻止了錨固區(qū)內(nèi)圍巖原有裂隙的擴散,并且防止了新的裂隙的形成和貫通。錨索很好地把錨固區(qū)內(nèi)圍巖與深部穩(wěn)定圍巖結(jié)合起來,改善了錨固區(qū)內(nèi)圍巖的受力狀態(tài),同時也發(fā)揮了深部圍巖的承載能力,使得錨固區(qū)外圍巖的變形和離層比較小,巷道支護效果良好,支護質(zhì)量得到了保障。從回采過程來看,頂板離層略有增大的趨勢,但增幅很小,滿足了工作面安全回采的使用要求。

圖3 工作面材料巷頂板離層

4 結(jié)束語

(1)D1203工作面材料巷兩幫移近量不超過100mm,頂板下沉量不超過 120mm,斷面收縮率控制在 10%以內(nèi),采用的支護方案有效地控制了巷道圍巖變形,而且經(jīng)受了回采動壓的考驗,滿足了工作面安全回采的使用要求。

(2)井下試驗表明,支護設計參數(shù)合理,通過本次井下工業(yè)性試驗,將對新峪礦曙光西區(qū)后續(xù)工作面支護設計,以及錨桿支護技術(shù)的提高和改進起到積極作用。

[1]康紅普 .深部煤巷錨桿支護技術(shù)的研究與實踐 [J].煤礦開采,2008,13(1):1-5.

[2]康紅普 .煤巷錨桿支護成套技術(shù)研究與實踐 [J].巖石力學與工程學報,2005,24(21):3959-3964.

[3]康紅普,林 健,張冰川 .小孔徑預應力錨索加固困難巷道的研究與實踐 [J].巖石力學與工程學報,2003,22(3).

[責任編輯:林 健]

TD353.6

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1006-6225(2010)06-0042-02

2010-08-11

宋垠珠 (1965-),男,山西靈石人,工程師,中國礦業(yè)大學(北京)在讀碩士研究生,長期從事煤礦開采技術(shù)方面的工作。