董會寶

(開灤林南倉礦業(yè)分公司，河北唐山 064106)

“三軟”煤層孤島煤柱工作面巷道支護形式的探索①

董會寶②

(開灤林南倉礦業(yè)分公司，河北唐山 064106)

開灤林南倉礦業(yè)分公司在“三軟”煤層2214孤島煤柱工作面巷道掘進施工過程中，根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)礦壓規(guī)律，改進特殊條件下巷道支護形式，提高支護強度，取得了較好的支護效果。

煤柱;礦壓規(guī)律;支護強度;“三軟”煤層

隨著煤炭資源的逐漸減少，提高煤炭回SHOU率、回收孤島煤柱，已成為煤礦可持續(xù)發(fā)展研究的重點。開灤林南倉礦業(yè)分公司以前的孤島煤柱工作面(如2222柱)，由于沒有成功的經(jīng)驗，從工作面巷道掘進到生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了許多問題，例如工作面兩巷壓力大、巷道變形嚴重，需在掘進及回采過程中抽調(diào)專門隊伍進行套修維護，有些地段反復(fù)套修了3～4遍，形成前邊掘后邊套的局面，給安全生產(chǎn)及管理工作帶來一定的困難。而在三軟煤層2214孤島煤柱工作面成功的吸取了過去的經(jīng)驗教訓(xùn)，通過礦壓監(jiān)測，研究礦壓規(guī)律，采取合理的支護形成，取得了較好的支護效果。

1 2214孤島煤柱地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件

1.1 工作面位置及范圍

1.1.1 工作面位置

2214工作面位于林南倉礦－650水平東二小采區(qū)，2214工作面西為煤11正眼，北距2212采空區(qū)(采完已2年)4m，東距倉補860m，南距2216 (工作面正在推采)上風(fēng)5m;上風(fēng)以南約50.8m橫跨2222柱采空區(qū)，下運以北約13m橫跨2224采空區(qū)。

1.1.2 工作面范圍

走向長度：433～475m，平均454m，傾斜長度83m

1.2 頂?shù)装宸治?/h3>

1.2.1 直接頂

直接頂為深灰～灰白色細粉砂巖，厚度1.11m，水平層理為黑白互層，呈塊狀及鱗片狀構(gòu)造，含植物及根化石。

根據(jù)強度指標(biāo)公式：

式中：Rc—巖石單向抗壓強度;

C1—節(jié)理裂隙影響系數(shù);

C2—分層厚度影響系數(shù);

據(jù)以上計算可知直接頂為不穩(wěn)定頂板。

1.2.2 老頂

老頂為淺灰色中粒砂巖，厚13.40m，高嶺土質(zhì)膠結(jié)，底部含植物碎屑化石。

分級指標(biāo)：Km=Σ h/m=1.11/2.2=0.5

式中：Σ h—直接頂托煤頂厚度，m

m—采高，m

0.3＜0.5＜3～5，由于據(jù)以上分析，老頂來壓明顯，屬Ⅱ級老頂。

1.3 掘進方式

該工作面巷道采用EBZ－90型掘進機落煤掘進機裝煤，皮帶運煤，掘進機配合人工棚支架方法掘進。

2 支護形式及支護強度

2.1 支護形式

主要選用GU29－14.0m2金屬拱型支架進行支護，下運局部地點采用GU29－14.0m2金屬拱型支架與錨網(wǎng)支護相結(jié)合的復(fù)合支護形成。

2.2 支護計算(以10.4m2巷道金屬拱型支架為例計算)

2.2.1 支護強度計算：

自然平衡拱支架所承受的載荷：Q=L×3.14× 0.5×γ·(a·h－a'b')

a—巷道荒斷面寬度的1/2，即：5.0/2=2.5m;

a'—巖石冒落自然平衡拱寬度的1/2;

b—荒斷面的巷高，3.4m;

b'—巖石冒落自然平衡拱高度;

γ—直接頂容重，2.61t/m3;

L—棚距0.6m，棚距允許誤差±100mm，取L= 0.6+0.1=0.7m;

a'—梁的弦長的1/2;

b'—梁的弦高;

h—荒斷面巷高的1/2+冒落拱高b';

∮為摩擦角，取∮=40°;f為巖石硬度系數(shù)，取f=4.0;

考慮巖石受地質(zhì)因素影響，取b'=1.2m，則h=3.4/2+1.2=2.9m。

則：Q=0.7×3.14×0.5×2.61×(2.5×2.9－1.56×0.64)=17.93(t)。

GU29－14m2金屬拱型支架承載能力為27t，故使用GU29－14.0m2金屬拱型支架支護符合支護強度要求。

2.2.2 支架間距計算

支架間距：K=P/(hLrR);

K：支架間距;

P：支架工作阻力30000kN;

h：離層頂板厚度3m;

r：巖石容重2.61t/m3;

R：系數(shù)，取1.2;

L：巷道荒斷面寬度，5.0m。

則K=30/(3×5×2.61×1.2)=0.64m

根據(jù)以上計算施工中支架間距取0.6m，故能滿足要求。

3 礦壓監(jiān)測

3.1 監(jiān)測內(nèi)容

上風(fēng)及下運道的巷道變形情況。

3.2 監(jiān)測方法

在上風(fēng)及下運道每間隔50m設(shè)一測點，采用十字布點法，對巷道凈高、凈寬的變化進行統(tǒng)計分析。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析圖表

3.3.1 兩巷壓力比較

表1為上風(fēng)及下運道日邊形量分析對比表由表1可以看出，雖然下運道在掘進過程中增加了支護強度，但受2216采動影響，下運道的變形速度仍比上風(fēng)道大。

表1 上風(fēng)及下運道日變形量分析對比表單位：mm

3.3.2 不同支護形式下壓力比較

表2為下運道復(fù)合支護監(jiān)測數(shù)據(jù)，表3為下運道金屬拱型支架監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表2 下運道復(fù)合支護監(jiān)測數(shù)據(jù)表單位：mm

表3 下運道金屬拱型支架監(jiān)測數(shù)據(jù)表單位：mm

對比表2、表3可得兩種支護形勢下的頂板變化量(見圖1)與水平變形量(見圖2)對比圖。

圖1 頂板變化圖

圖2 水平變形圖

3.4 礦壓顯現(xiàn)分析

根據(jù)林南倉礦長期以來對礦壓數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果可知，2214孤島煤柱工作面巷道的圍巖變形一般較為明顯，距回采工作面60m范圍內(nèi)，巷道圍巖移近速度表現(xiàn)為突變式的越升，距回采工作面10～25m時，圍巖移進速度達到峰值，距回采工作面8～10m時，圍巖移近速度趨向緩和。2214孤島煤柱工作面下運距2216回采工作面5m，雖然躲開了圍巖移近峰值距離，但巷道圍巖移動速度受采動影響仍較上風(fēng)要大。在下運道內(nèi)，復(fù)合支護中的錨網(wǎng)支護屬于主動性支護方式，起到組合梁作用，所以巷道圍巖移動量較小。

4 結(jié)論

通過長期對2214孤島煤柱工作面巷道的礦壓監(jiān)測，初步掌握了煤柱支承壓力分布的規(guī)律，在施工過程中利用礦壓規(guī)律，改進支護形式，明顯減少了巷道圍巖移動速度和移動量，解決了由于巷道嚴重變形而反復(fù)進行套修維護這一難題，并為回采其它孤島煤柱工作面提供了寶貴的技術(shù)資料，為“三軟”煤層和孤島煤柱工作面的開采，分析選擇比較合理的支護步距等參數(shù)提供礦壓理論依據(jù)。

［1］錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003

［2］徐永圻.采礦學(xué)［M］.江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003

Three islands of soft coal pillar excavation support form of exploration and research

DONG Huibao

(Kailuan linnancang Mining Branch Tangshan，Tangshan Hebei064106)

Kailuan linnancang three soft coal mining subsidiary in 2214 island pillar face excavation construction，according to mine pressure monitoring data，summarize the laws of rock pressure，improve the support form to improve the supporting strength of the compression achieved good results.

coal pillars;the law of rock pressure;supporting intensity;“thress soft”coal

TD263

A

1672－7169(2011)03－0025－03

2011－05－26

董會寶(1971－)，男，河北唐山人，助理工程師，開灤林南倉礦業(yè)分公司掘進區(qū)區(qū)長。