支护破常规,深部新工艺

摘要:深埋高应力软岩巷道的维护是深井开采时面临的一个难题。通过新安煤矿井底车场巷道全断面锚网梁索支护的实践,特别是应用底角锚杆控制巷道变形,分析了深埋高应力软岩情况下巷道围岩变形破坏的原因,总结了联合支护的施工经验,可为今后类似工程提供参考。

践行科学发展观赴四川灾区煤炭企业现场调研报告中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会2009年4月20日

掘进深度-1150米,采深-960米,喷层开裂、顶板下沉、底板上鼓,轨道阴阳,帮部外拥……一系列的问题给王楼煤矿的巷道支护提出新的难题,该矿为保证巷道的长期服务性和正常使用的稳定性,打破常规,采用新工艺对深部软岩巷道进行支护。

关键词:深埋;高应力;软岩;巷道支护

目 录专 家 组 名
单煤矿支护专业委员会专家组名单………………………………………………………………..1调 研 报
告一、川煤集团煤矿安全的突出问题及对策……………………………………………………..21.
川煤集团概况…………………………………………………………………………….22.
川煤集团煤矿安全的突出问题………………………………………………………….23.
对策及建议……………………………………………………………………………….3二、芙蓉公司矿井调研情况……………………………………………………………………..31.
芙蓉矿区概况…………………………………………………………………………….32.
矿井生产建设中存在的主要问题……………………………………………………….43.
突出问题及其对策……………………………………………………………………….64.
下步工作建议…………………………………………………………………………….8三、攀枝花煤业公司调研情况…………………………………………………………………..81.
攀枝花矿区概况………………………………………………………………………….82.
矿井生产建设中存在的主要问题……………………………………………………….93.
突出问题及对策………………………………………………………………………….114.
下步工作建议…………………………………………………………………………….11四、达竹公司矿井调研情况……………………………………………………………………..121.
达竹公司概况…………………………………………………………………………….122.
矿井生产建设中存在的主要问题……………………………………………………….133.
对策及建议……………………………………………………………………………….14五、广能公司矿井调研情况……………………………………………………………………..151.
广能公司概况…………………………………………………………………………….152.
矿井生产建设中存在的主要问题……………………………………………………….163.
突出问题及对策………………………………………………………………………….184.
下步工作建议…………………………………………………………………………….20附 录 材
料附录1:川煤集团汇报材料附录2:芙蓉公司汇报材料附录3:攀枝花煤业公司汇报材料附录4:达竹公司汇报材料附录5:广能公司汇报材料中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家组名单

该矿-1150水泵房、变电所位于3上煤层顶底板中,煤层顶板为泥岩,底板为粉砂岩,布置在极软岩巷道中,围岩自承载能力差,且上覆岩层自重大,巷道支护难度大。今年下半年,与中国矿业大学进行合作,在对-1150m泵房、变电所地质条件、现有支护技术及巷道变形破坏状况等进行多方调研后,制定出了永久支护方案。新的支护工艺优化了支护参数,将原有的硐室断面的直墙半圆拱改为椭圆形,同时在帮部增打锚索,强化支护效果。

新安煤矿采用主、副、风三立井单一水平开拓,井筒深度754m。井底车场巷道采用传统锚喷网支护技术,但在井底车场施工过程中,出现了顶板下沉严重、底鼓、喷体开裂及锚杆拉弯变形、锚杆托盘内陷等大变形现象。针对这些破坏情况,在后续的

专家组组长:何满潮 院长、教授 中国矿业大学专家组副组长:康红普
所长、研究员 煤科总院北京开采分院王方荣 研究员 煤科总院南京研究所张 农
副院长、教授 中国矿业大学专家组成员:陈 奇 主任、高工
中国煤炭工业协会行业协调部贾宏文 处长、高工
中国煤炭工业协会行业协调部单仁亮 副院长、教授 中国矿业大学柏建彪 教授
中国矿业大学勾攀峰 院长、教授 河南理工大学能源学院何清江 副总、教高
鹤岗矿业集团王建荣 副总经理、高工 石家庄中煤装备制造有限公司石运钢
副总经理、经济师 石家庄中煤装备制造有限公司黄建忠 副总经理、总工
江苏中煤矿山设备有限公司权景伟 矿长、高工 徐州矿务集团夹河煤矿
赴四川灾区煤炭企业现场调研报告

据了解,软岩支护适用于松软、破碎、膨胀、流变、风化、蚀变及地质构造带、深部矿井等岩体中,因软岩变形大,围岩压力大,易失稳,因此,支护此类围岩的支架需常具有强力大、可缩性大、全封闭、整体性好的特点。我矿采用的该项新型支护工艺,可大大避免围岩过度松弛而产生的破坏,避免损失。

返修和掘进过程中,改变了原有的支护参数,提高了支护强度,同时强调耦合支护以及对关键部位的有效治理,基本实现了巷道的稳定。

“5.12”汶川地震使四川人民的生命财产损失巨大,在这场特大地震灾害中,煤炭企业也遭到不同程度损毁。为增强四川省煤炭企业的抗灾能力,提高煤矿安全管理水平,中国煤炭工业协会煤矿支护委员会专家组的14位专家于2009年4月8日~11日,对四川省煤炭企业进行了现场调研。四川省煤炭产业集团公司非常重视此次中煤协会的调研,从集团公司到煤矿企业都十分配合专家组的调研活动。专家组听取了川煤集团的汇报后,分为四个小组分别对芙蓉公司、攀枝花煤业公司、达竹公司、广能公司四个煤炭企业进行了现场调研,通过听取公司与各矿的汇报与井下的考察,在进行广泛讨论的基础上,形成了以下调研报告。一、川煤集团煤矿安全的突出问题及对策1.川煤集团概况四川省煤炭产业集团有限责任公司,是四川省委、省政府为加快全省大中型煤矿建设,优化调整煤炭工业结构,促进煤炭工业健康发展,以省内国有重点煤矿为基础,于2005年8月组建的大型企业,公司注册资本30亿元。现拥有攀枝花公司、芙蓉公司、广能公司、达竹公司、广旺公司、威远煤矿、四川煤炭工业供销总公司、勘测设计院等子公司,煤炭营销、物资供应等分公司,现有员工59000余人,其中专业技术人员7200多人;有煤炭生产矿井23对,年设计生产能力1538万吨,核定生产能力1466万吨;水泥及煤矸石、瓦斯发电已初具规模。2.川煤集团煤矿安全的突出问题深井软岩支护问题。特别是川南矿区软岩巷道支护非常困难,造成矿井井巷严重失修率极高,维护成本高。煤与瓦斯突出。芙蓉公司白皎、杉木树、珙泉、红卫,广能公司李子垭、李子垭南(含南二井)、龙滩等7对矿井为突出矿井,随着采深加大,突出风险也加大。白皎矿是全国有名的煤与瓦斯突出矿井。矿井水防治。广能矿区属复杂水文地质矿区,煤层顶板有强含水层或岩溶构造、暗河等,且导水构造发育,底板为灰岩,岩溶发育。攀煤、芙蓉、广能、达竹、广旺、威远等均有外部水患。煤层自然发火现象严重。主要是芙蓉、广能各矿。芙蓉矿井最短发火期为26天,近几年均有因发火封闭采面现象。硫化氢治理困难。突出的是广能矿区涌出量大,目前以风排为主,治理困难。3.对策及建议深井软岩巷道支护问题,不同类型的软岩巷道有不同的影响因素,比如黏土矿物含量高的、硐室群影响的、大断面软岩巷道、煤层巷道等,不同的影响因素要采取不同的支护对策。目前软岩巷道支护技术,在其他煤矿企业已得到了良好的应用,建议川煤与煤矿支护专业委员会联合研究川煤集团的软岩支护问题。煤与瓦斯突出问题,深部岩土力学与地下工程国家重点实验室已开展了温度-压力变化对煤与瓦斯突出的影响机理的基础研究,川煤可以加强与国家重点实验室的合作把实验室的研究成果应用至煤矿现场。矿井水害的治理,一是可以变害为利,利用中国矿业大学的HEMS技术可以提取矿井涌水的热能,代替现有燃煤锅炉,减少燃煤污染排放,保护了环境,达到节能减排、绿色环保,实现矿区可持续发展;二是与矿井水害治理的科研院所加强合作,共同攻关。硫化氢治理和煤层自燃,建议与相关的科研院所加强合作,加强企业与科研机构的合作,建立战略合作联盟平台,共同研究此课题。

据测算,此新型支护方式每年可节省返修、卧底人工费用数十万元,为企业创造出巨大经济效益的同时,也保障了安全生产。

1工程概况

二、芙蓉公司矿井调研情况1.芙蓉矿区概况1.1企业概况川煤集团芙蓉公司的前身是成立于1970年12月的芙蓉矿务局,原为煤炭部所属的国有重点大二型煤炭生产企业,1998年8月下划四川省管理,现为四川省煤炭产业集团全资子公司。芙蓉公司现拥有4对生产矿井(均为煤与瓦斯突出矿井),即白皎矿井、杉木树矿井、巡场矿井(红卫煤业公司)和珙泉矿井,4对矿井年设计生产能力345万吨,其中:白皎煤矿120万t/年,杉木树煤矿150万t/年,珙泉煤矿45万t/年,巡场煤矿(红卫煤业公司)30万t/年。公司资产总额153832
万元,负债总额112440 万元,资产负债率73.07
%。1.2矿区地质条件芙蓉矿区位于四川省南缘宜宾市境内,东起珙县底洞至长宁龙头一线(南北向),西止珙长背斜无煤区(高县城东约3km)。矿区地跨珙县、高县、长宁三县,东西长27.5km,南北宽12km,面积330km2。四对矿井均采用平硐加暗斜井开拓,工作面采用走向长壁采煤法,回采工艺以综采为主,全部陷落法管理顶板。芙蓉矿区地势南高北低,区内最高点为芙蓉山峰,海拔+1223m,最低为南广河与长宁河,海拔仅为+316m,一般海拔约为+500~+700m,比高一般在200~500m之间,最大达到980m。矿区地层由老到新依次为:寒武系、奥陶系、志留系、二迭系、三迭系、侏罗系、白垩系和第四系。由于古生带末期的加里东运动及中生带的燕山运动,使本区上升遭受剥蚀,从而缺失了泥盆、石炭及第三系等地层。芙蓉矿区位于珙长背斜西北端,包括了背斜的整个转折部分,由于所受应力较为复杂,在背斜末端形成了三个弧形而不对称褶皱和若干次一级的褶皱,同时,发育有若干大小不一的断层。珙长背斜西起高县,东止叙永九龙山,全长80km。背斜两端紧凑东端较开阔,成一不规则椭圆形。芙蓉矿区内断层相当发育,对煤层破坏较大,虽然影响采区划分的大、中型断层不多,但众多的小断层使煤层重复,缺失或增厚、减薄甚至不可采,影响工作面布置和煤层生产能力,并导致掘进率增高和资源回收率降低。1.3深井地层热能丰富芙蓉矿区地下水资源丰富,各矿涌水量大,水温稳定。四个矿区水温基本保持在19-23
度,水温恒定。红卫矿日常涌水量为432~1104m3/h,平均681
m3/h。杉木树矿日常涌水量为780 m3/h,最大涌水量为1992
m3/h。白皎煤矿日常涌水量为1100
~2800m3/h。获取涌水的能量的潜力巨大,地下热能开采前景十分广阔。2.矿井生产建设中存在的主要问题通过技术座谈和井下考察,芙蓉矿区在软岩巷道支护、水害及机械化开采等方面存在以下主要问题。2.1软岩巷道支护问题芙蓉矿区软岩巷道支护由于膨胀性软岩、围岩特性、矿压大、断面大等原因,致使巷道难以支护,巷道变形受损严重,巷道重复维修工作量增多,支护费用增加,开采成本增加。2.1.1倾斜软岩巷道支护问题该矿区属中生代软岩矿井,巷道围岩主要黏土矿物为伊/蒙混层,其次为高岭石、伊利石,蒙脱石含量较少,混层比多在50%~70%,所以围岩具有较强的膨胀性和吸水性,巷道围岩支护存在较大困难。矿区采用平硐加暗斜井开拓,倾斜巷道比较多,此类倾斜软岩巷道受水的影响就相对小些,巷道的破坏相对小些。2.1.2水平软岩巷道支护问题此类巷道同样含有较高的黏土矿物,围岩具有较强的膨胀性和吸水性。但由于矿区内矿井水资源丰富,水平软岩巷道围岩受地下水的影响较大,水与黏土矿物相互作用,巷道变形及其严重,巷道经过多次返修无果。2.1.3大断面交岔点巷道交岔点是矿井运输的咽喉部位,跨度大,服务年限长,支护可靠性程度要求高。在复杂高构造应力和岩性状况不利的情况下,锚杆支护的交岔点出现局部支护状况恶化,失稳返修现象增加,中间岩柱部位应力集中程度高,此部位破坏严重。2.1.4泵房硐室群巷道该矿区泵房吸水井设计为一台泵设一个吸水小井,然后通过配水巷与水仓相连。泵及吸水小井的个数根据排水量的需求而定。矿井井巷施工深度不断加大,深部围岩处于软岩状态,施工条件趋于复杂化,巷道及硐室支护的难度和破坏程度不断增加,尤其是按照常规设计泵房硐室、吸水井、配水井、配水巷系统复杂,各种因素交织在一起,造成硐室、巷道支护条件恶劣,失稳翻修屡屡出现,不仅耗资巨大,而且造成泵房系统受压破坏,严重影响泵房的正常运转,危及矿井安全生产。2.1.5煤层巷道该矿区回采巷道采用了金属支架、锚网喷、锚网喷+锚索的支护方式,但由于回采巷道受采动影响严重,底臌变形量大,造成巷道在回采期间的开帮和清底工作量大,严重影响了采煤进度。2.1.6软岩巷道破坏的主要原因
岩层具有膨胀性,巷道围岩黏土矿物含量高。
高地应力,一方面由于采深大产生的自重应力大,另一方面构造应力大,垂直的应力是σ3,两个水平应力却大于自重应力,此种应力情况全国没有先例。
岩石与水作用,岩石强度明显降低。
强烈的开采扰动2.2矿井涌水资源浪费严重矿区矿井涌水量大,水害是威胁矿井安全生产的重要因素之一。目前,矿井总涌水量为400~2800m3/h
,水温保持在19-23℃,排放的矿井水蕴含大量低品位热能,尚未加以利用,可视为热能资源的浪费。同时,地面供暖、洗浴采用锅炉燃煤供热系统,燃烧的煤到达上万吨,不但浪费了资源,而且增加了大气污染。地面锅炉耗煤及污染和矿井废水排放是影响芙蓉矿区可持续发展的重要问题,有必要进行研究和解决。2.3机械化采掘水平低芙蓉矿区四对矿井煤炭赋存条件、开采条件和地质状况决定了生产头面多,搬家回撤频繁,用工人数多,劳动效率低,机械化采掘水平低。红卫矿仍然采用炮采工艺,职工劳动强度大,生产效率低。3.突出问题及其对策3.1软岩巷道支护的对策倾斜软岩巷道,采用锚网索耦合支护技术,选择合理的锚杆、锚索的直径、长度、间排距、预紧力、托盘形式及尺寸、树脂药卷等参数,通过研究锚网索耦合支护系统和围岩之间的耦合、以及支护体内部各要素之间的耦合,充分调动各自的承载特性,实现支护一体化、荷载均匀化,达到巷道稳定的目的。采用锚网—围岩初次耦合以及锚索关键部位二次耦合支护即可实现为巷道围岩的稳定性控制。深部巷道锚网索耦合支护技术在锚杆支护提高围岩强度的基础上,通过锚网—围岩耦合效应、锚杆—网—托盘耦合效应以及锚索预应力耦合效应,从而实现耦合支护下的高应力转化效应,达到对围岩的稳定性控制目标。水平软岩巷道,巷道围岩含有膨胀性黏土矿物,在丰富的矿井水的作用下,巷道变形十分严重。除了采用锚网索耦合支护技术外,特殊地段还需要采用锚网索+桁架的全封闭支护。大断面交岔点巷道,中间岩柱与支护体形成的复合材料成为大断面巷道的跨中受压柱,它的变形将会恶化巷道支护状况,成为交岔点支护中的关键。采用双控锚杆技术控制牛鼻子中间岩柱,采用对双控锚杆施加预紧力,控制中间岩柱的变形。泵房硐室群巷道,采用软岩泵房吸水井集约化设计,为消除立体巷道硐室群的空间效应,将几个吸水小井进行组合,使之成为一个圆形组合吸水井,利用井壁径向钢筋混凝土隔断分割成各吸水小井,使吸水井围岩及支撑受力状况良好,大大提高组合吸水井的整体稳定性,避免对水泵房硐室产生不利影响。同时减少了配水巷和联络巷,在减少工程量的同时,使其整体稳定性大大提高。煤层巷道,主要问题是底臌严重,为了防治底臌建议采用深部煤层巷道底臌三控技术,就是利用耦合支护技术,通过对巷道顶板、两帮和底角控制达到控制底臌的目的。深部巷道底臌三控技术的具体内容为:一控顶板:深部锚索关键部位加固顶板,大幅度减小对两帮和底板的压力;二控帮部:锚网耦合加固帮部,减小底板发生底臌的结构长度;三控底角:刚性锚杆加固底角,切断产生底臌变形的塑性滑移线。3.2矿井涌水资源浪费的对策矿区矿井涌水量大,但通过提升系统直接排走造成了极大的资源浪费。建议采用中国矿业大学研制的HEMS-III系统,将携带有井下大量热量的水体在地表经过水处理系统处理达标后,进入地面热能利用HEMS-III工作站,把热量提取出来,代替现有燃煤锅炉,为工业广场、工人村和风井小区地面建筑和主副井口供暖,提供浴池洗浴热水。节约煤炭资源,减少燃煤污染排放,保护了环境,达到节能减排、绿色环保、高效运行目的,实现矿区可持续发展。3.3机械化采掘水平低的对策机械化采掘水平低,工人劳动强度高效率低,严重制约了煤炭企业的发展。建议煤矿机械化采掘制造企业提供技术支持和帮助,与煤炭企业联手解决机械化水平低的问题。制造企业要提供较坚硬极薄煤层的综采及配套设备、急倾斜极薄煤层的综采及配套设备、能适应软底板的钻装锚一体机、解决在煤与瓦斯突出矿井开展无煤柱开采技术相配套的生产设备。4.下步工作建议4.1与大专院校、科研院所加强合作,建立战略合作联盟平台利用大专院校和科研院所的技术资源优势,加强企业与科研机构的合作,建立战略合作联盟平台,进行长期、有效、可持续的科研攻关。软岩巷道支护问题和矿井涌水资源的浪费问题都可以通过利用研究机构目前已有的成熟技术来解决,不但排除了安全隐患,提高企业的生产效益,而且还能节能减排绿色环保。4.2与煤矿机械制造企业联合研究与制造企业联手共同攻关研究特殊设备,利用制造企业的技术和煤炭企业的采掘经验,联合攻关特殊条件下的采掘设备,使机械化采掘程度进一步提高,提高企业的生产效益。4.3加强技术人员的培训加大技术人员的培训力度,提高职工素质,积极应对各种安全威胁。建议定期邀请中国煤炭工业协会煤矿锚杆支护委员会专家组的专家为现场的技术人员举办培训班。

井底车场巷道群埋深750~900m,所处地层为中生代的中侏罗统延安组下部,围岩岩性主要为煤5(14.17m)、煤6(7.48m)及煤层顶底板的泥岩、砂质泥岩,皆属于软岩类。同时巷道群处于周寨向斜轴部,煤岩层倾角变化急剧,地质构造破坏了岩层的完整性,层理节理发育,围岩容易破碎开裂。

三、攀枝花煤业公司调研情况1. 攀枝花矿区概况1.1
企业概况攀煤公司现有四对生产矿井,其中:小宝鼎煤矿核定生产能力60万t/a,太平煤矿核定生产能力81万t/a,花山煤矿核定生产能力155万t/a,大宝顶煤矿核定生产能力135万t/a。四个矿井均采用平峒开拓方式(太平矿、花山矿、大宝顶矿深部采用平峒+暗斜井开拓方式)。1.2
矿区地质条件攀煤公司开采攀枝花煤田宝鼎矿区的煤层。矿区位于四川省攀枝花市西部,金沙江南岸。矿区范围:北起金沙江,南至野猪塘;东起灰家所井田和宝鼎井田39-1(A11线以南为41煤层)煤层露头,西至太平场井田F22断层;东西宽8.5
km、南北长13 km,矿区面积110.5
km2;开采面积56.6329km2。整个矿区为一完整的大箐向斜,矿区在勘探时划分为灰家所
井田、宝鼎井田、大荞地井田和太平场井田。矿区为陆相沉积,煤层共计132层,煤层总厚度74.85m;其中可采煤层73层,煤层厚度58.5m,大部分煤层为局部可采,地质构造相对复杂。矿区已查明的大中型断层中,在矿区东、西部边缘较发育。
大型断层多为矿区的边界断层,其性质大多数为走向斜交逆断层,断层面大多向东倾。2.矿井生产建设中存在的主要问题通过井下实地考察与技术座谈,发现攀煤公司在巷道掘进与支护、采煤工作面矿压与支护方面主要存在以下问题。2.1巷道掘进与支护2.1.1煤巷锚杆支护存在的问题锚杆支护在一般条件下支护效果较好,但在复杂困难巷道中支护效果差,围岩变形大,支护构件破坏严重,巷道安全得不到保证。归纳起来,主要存在以下几方面的问题:①
缺乏巷道围岩地质力学参数,对支护对象认识有不清楚;②
锚杆支护设计采用经验法,对各种类型的巷道,支护参数都差不多;③
锚杆支护材料型式单一;④ 锚杆支护刚度低;⑤ 锚杆螺纹加工精度低;⑥
锚杆杆体与托板、螺母、减摩垫片等附件不匹配;⑦
缺乏对护表构件(托板、钢带、网)的足够重视;⑧
锚杆与锚索支护强度与刚度的匹配缺乏深入、系统的研究,支护参数选择不合理会导致锚杆与锚索不能共同承载,出现各个击破的现象;⑨
锚杆支护密度偏大;⑩
锚杆支护施工机具与煤岩条件不太适应,施工工艺不太合理;⑾
缺乏全面、系统的锚杆支护巷道矿压与安全监测及信息反馈;⑿
复杂困难巷道支护问题没有得到完全解决,包括近距离煤层巷道、急倾斜复合顶板巷道、沿空留巷、破碎带与顶板淋水区域巷道等支护问题。2.1.2巷道布置与煤柱尺寸设计巷道布置主要根据生产条件确定,没有与井下地应力场的大小与方向结合起来,不利于巷道围岩的稳定;煤柱尺寸选择主要靠经验,没有进行过系统的煤柱受力分析与井下实测,缺乏科学性与合理性。煤柱尺寸选择不合理,往往导致巷道受采动影响强烈,围岩变形大,支护困难。2.1.3掘进与支护速度慢,缺乏掘进工作面过硬岩石及破碎带的有效措施掘进与支护速度取决于掘进与支护设备、施工工艺及掘进、支护、运输等各个环节的整体配套。目前,攀煤公司岩巷掘进速度为30-50m/月;煤巷掘进速度为120-150m/月,最高为350m/月,明显低于国内其它矿区的水平。分析其主要原因为:锚杆支护机具选择不合理,不适应现场岩层条件,导致钻孔速度太慢,支护时间过长;掘进、支护与运输整体配套性差,明显影响掘进速度。掘进工作面过硬岩石,缺乏有效的爆破工艺与参数,爆破效果差,影响出渣、支护等各个环节,致使整体掘进速度低。掘进工作面过淋水带、破碎带缺乏有效的措施,不仅严重影响掘进速度,而且带来很多不安全隐患。其实,国内外煤矿对于掘进工作面松软破碎围岩有多种方法,包括超前锚固、注浆的方法进行加固。2.1.4缺乏有效的掘进工作面临时支护方法与设备现有掘进工作面的临时支护为吊环金属前探梁,这种方法支护能力很小,不能满足掘进工作面安全生产的需要。目前,掘进工作面临时支护方法有:打设单体支柱、掘进上配置专门的临时支护构件等,攀煤公司各矿可根据自己的地质与生产条件进行试验和应用。2.2采煤工作面矿压与支护2.2.1坚硬顶板的控制技术攀煤公司各个矿井目前开采的煤层中,有一层顶板几乎没有直接顶,而老顶是非常坚硬、完整的砂岩。煤层开采后顶板不能及时垮落,导致大面积悬顶,引起顶板大范围来压甚至岩爆。防治坚硬顶板大面积来压的措施大都采取顶板注水弱化、水力压裂法和中深孔爆破方法,降低坚硬顶板的强度和来压步距,从而降低其来压强度,达到防治岩爆的目的。2.2.2急倾斜放顶煤开采工艺与技术攀煤公司现有一层煤层,厚度在5
m左右,煤层倾角在35°以上,属于急倾斜厚煤层。采用一次采全高方法开采存在很大困难,而综采放顶煤开采是有效的采煤方法。攀煤公司对于急倾斜放顶煤开采工艺与技术还缺乏系统的研究与试验,因此,攀煤公司需要针对本矿区的煤层地质与生产条件,研究采煤方法与巷道布置,开发适合的采煤设备,形成成套装备与技术,实现矿井的安全、高效开采。2.2.3采煤工作面端头与超前支护工艺与装备攀煤公司采掘机械化大力发展后,现巷道断面均为大断面(一般为8~12m2),因煤层倾角较大,造成巷道上帮高度在2.5~5.0m,工作面开采超前支护问题难以解决,同时给现在实施的沿空留巷工作带来很大困难。此外,综采工作面均未使用端头支架(上、下端头均采用单体支柱配合长钢梁或∏型钢梁支护),存在顶板支护控顶面积较大,安全隐患多的问题。3.突出问题及对策目前,攀煤公司急需解决的突出技术问题及对策有以下几方面:3.1巷道锚杆支护技术目前,攀煤公司巷道锚杆支护存在较多问题,急需根据矿区的地质与生产条件,进行全面、系统的研究,形成适合本矿区的锚杆支护成套技术,解决近距离煤层巷道、急倾斜复合顶板巷道、破碎带与顶板淋水区域巷道等支护难题,提升攀煤公司巷道支护技术水平。3.2煤巷与半煤岩巷快速掘进技术攀煤公司岩巷掘进速度与煤巷掘进速度明显低于国内其它矿区的水平,急需从掘进与支护设备、施工工艺,到掘进、支护、运输整体配套方面进行系统研究与试验,以明显提高掘进速度,解决采掘接续紧张的矛盾。3.3工作面端头与超前支护技术攀煤公司采用的采煤工作面端头与超前支护主要是单体支柱配合长钢梁或∏型钢梁支护,这种方式支护阻力小,控制围岩变形的能力低,安全性差,急需研究开发有效的端头与超前支护方法,保证工作面端头与超前支护段的安全,并为采煤工作面的快速推进创造良好条件。4.
下步工作建议建议近期与科研院所、大专院校合作,开展以下方面的科研项目:4.1攀煤公司巷道锚杆支护成套技术研究从巷道围岩地质力学参数测试、锚杆支护设计方法、锚杆支护材料、锚杆支护施工机具与工艺、锚杆支护巷道矿压与安全监测及信息反馈等五方面,开展攀煤公司巷道锚杆支护技术研究,并选择典型的复杂困难巷道进行井下示范性试验,形成攀煤公司巷道锚杆支护成套技术,解决巷道支护难题,大幅度提高巷道支护技术水平。4.2攀煤公司煤巷半煤岩巷快速掘进技术研究从掘进与支护设备、施工工艺,到掘进、支护、运输整体配套方面进行系统研究与试验。根据矿区地质与生产条件,优选或研究开发掘进、支护设备与机具,优化施工工艺与劳动组织,研究掘进工作面遇硬岩的爆破技术,遇松软破碎煤岩体的超前加固技术,以及掘进工作面临时支护技术,并选择有代表性的巷道进行井下试验,形成攀煤公司煤巷半煤岩巷快速掘进成套技术,大幅度提高掘进速度。4.3攀煤公司采煤工作面端头与超前支护技术研究针对单体支柱配合长钢梁或∏型钢梁支护阻力小、控制围岩变形能力低、安全性差等问题,研究开发有效的端头与超前支护方法及设备,选择不同的掘进工作面进行试验,形成适合攀煤公司的采煤工作面端头与超前支护技术,确保该区域的安全,为采煤工作面的安全、高效生产创造良好条件。

2巷道变形破坏的特点及原因分析

四、达竹公司矿井调研情况在达竹集团公司王建国总工、奚光荣副总经理的陪同下,调研组一行5人分成两个组分别去斌郎煤矿、金刚煤矿进行现场考察。专家组和达竹公司进行了交流活动,在家的达竹公司所有领导徐总、周书记等及所属六个矿的矿长、总工参加了会议。在会上,王总详细介绍了达竹公司的生产技术情况,各位专家根据现场了解的情况并结合自己的理解详细谈了自己的看法,结合考察组意见,对达竹公司形成如下调研报告。1.
达竹公司概况1.1
企业概况达竹煤电集团公司是原国家煤炭工业部直属94家国有重点煤炭企业之一,公司始建于1967年,
2008年8月,四川省成立煤炭产业集团,达竹上收四川省煤炭产业集团管理。公司下辖金刚、柏林、白腊坪、铁山南、斌郎、小河嘴等六个煤矿,渡市、石板两个选煤发电厂和一个基本建设工程处。六对矿井核定生产能力225万吨,现有在岗职工10400人,其中专业技术人员1400余人。矿井主产煤种属1/3焦煤,具有低硫、低磷、粘结性能好的特点,是炼钢企业必备的稀有煤种。2008年公司生产原煤219.7万吨,生产精煤104.7万吨,发电1.9亿度,粉煤灰砖5000万匹,形成了以煤、电、建材等产品为主的循环经济产业体系。2008年销售收入15.16亿元,实现利税2.3亿元,公司是达州市循环经济发展先进企业,川煤集团中盈利能力强的企业。1.2
矿区地质条件达竹矿区地表为低山、浅丘,横向沟谷发育,地貌与构造形态基本吻合,属侵蚀构造类型。达竹矿区位于新华夏系四川沉降带川东弧形褶皱带华蓥山复式背斜北端和川东弧形褶皱束中山背斜北段,矿井地质构造简单—中等,在区域水文地质分区中属于碎屑岩类裂隙孔隙水类型中的层间裂隙水亚类,水文地质条件简单—复杂。三叠系上统须家河组(T3xj)为矿区含煤地层。公司所属井田位于华蓥山背斜、铁山背斜和中山背斜,煤层多为薄煤层或极薄煤层,少数为中厚煤层。煤层倾角变化很大,倾角6°~70°,煤层赋存条件极差,可开采范围煤厚0.4m~3.0m
,没有在全井田范围内全部可采的煤层。白腊坪、小河嘴矿井所开采煤层被冲刷带、断层分割成多个可采块段,有的块段相隔距离可达数千米;各井田范围内冲刷、断层较多;金刚矿井陷落柱发育。这些因素对开采安全有较大影响。柏林、白腊坪、斌郎、小河嘴四矿为高瓦斯矿井,金刚、铁山南两矿为低瓦斯矿井。六对矿井所开采的煤层均有煤尘爆炸危险,所开采的煤层均为不易自燃的煤层。2.
矿井生产建设中存在的主要问题2.1顶板管理难度较大从2000年以来的矿井死亡事故统计看,顶板事故占到井下事故近60%。目前,达竹公司采煤工作面顶板管理难点主要体现在以下两个方面:一是大倾角坚硬顶板的管理。该类煤层顶板坚硬,倾角大,工作面采后出现采空区大面积悬顶,尽管采取强制放顶措施,但也常发生窜矸事故,严重威胁作业人员的安全。二是随采随落的不稳定顶板管理。该类煤层顶板伪顶发育,且伪顶较厚,工作面倾角变化大,割煤机割煤后,综采支架还没来得及前移,顶板便垮落下来,导致支架接顶困难。2.2
急倾斜薄煤层开采技术的探索急倾斜薄煤层工作面较多,普遍采用放炮落炮,采煤工艺落后,安全保障能力低。提高该类工作面的安全系数,提高工效和单产水平是需要解决的技术难题。2.3
中厚煤层工作面锚网索支护巷道沿空护巷的研究此前对该类巷道采用架棚支护方式,采取预留区段煤柱的方法护巷,受采动压力影响,巷道变形大,维护成本高。后巷道支护方式由架棚改为锚杆+金属网+锚索支护,目前此类巷道沿空护巷采用锚杆与锚索作为巷旁顶板的加强支护,靠采空区侧用11﹟矿工钢+预制水泥背板支护,效果不太理想。2.4施工石门过强含水层的技术攻关金刚矿+120m水平东翼运输石门和斌郎矿±0m水平东西翼运输石门都存在穿越三叠系须家河组第二段(T3xj
2)砂岩和三叠系雷口坡组(T2L)灰岩强含水层。金刚煤矿+120米水平东翼运输石门自西向东,横穿中山背斜轴部,过强含水层长度为1020m,其涌水量平均3192
m3/d。斌郎矿±0m水平东西翼运输石门自西向东,横穿中山背斜轴部,过强含水层长度为500m,于2005年5月17日掘进至晚三叠系须家河组第三段(T3xj3)中下部泥质粉砂岩层位中时碛头出水,初期涌水量预计约2300m3/d,被迫停止施工。因此施工石门过强含水层的技术需要进一步研究。3.对策及建议3.1
顶板管理对策及建议大倾角坚硬顶板的管理,强化强制放顶,推广综采。随采随落的不稳定顶板管理,在其他矿区,采用留顶煤、超强打木锚杆等措施,达竹公司可以研究超前打木锚杆、竹锚杆等措施;在综采支架结构上也可以考虑,如设计前护板及时推进。3.2
极薄煤层开采的建议极薄煤层建议考虑螺旋钻开采、刨煤机开采等。进一步开展近距离薄煤层群开采方法研究。由于达竹公司主采的两层煤,煤层本身较薄且层间距变化,在煤层群开采方法上可以采用整体开采,也可以采用分层开采。3.3建议加强中厚煤层工作面锚网索支护巷道沿空护巷的研究和推广在沿空留巷推广过程中,应考虑以下问题:巷旁支护的方式:是采用充填还是采用切顶支柱,由使用条件决定,在坚硬顶板条件下,建议采用充填的方式,但要对充填的参数、工艺进一步研究,确保来压期间充填体的稳定。充填应采用机械化的充填工艺系统,充填工艺应能满足工作面安全快速推进的要求。巷内加强的方式:建议在保证巷内锚杆支护支护质量和性能的基础上,采用锚索加强的支护方式,并注意在来压期间的安全问题。尤其是初次来压期间。采用锚索加固时,如锚索长度应该根据巷道顶板角度的变化、顶板岩性的变化进行考虑。3.4巷道施工石门过强含水层的技术攻关建议研究采用超前注浆的方式,但要考虑注浆材料,是采用化学浆还是采用水泥浆需要根据具体的条件来决定。3.5
巷道围岩控制在巷道支护的理念上,进一步加强巷道两帮的支护;巷道顶、底、帮是一个整体,如果在一个地方突破的话,巷道的变形会加剧破坏。在支护上要树立“三分设计、七分施工”的关键,应该说,在目前矿井开采深部不大的区域,采用锚杆锚索支护,技术上是完全过关的,设计应该说也不错的,但在施工方面应进一步加强管理,如倾斜巷道的施工,半煤岩巷的施工,锚杆结构的匹配,锚杆锚索的协调,锚杆预紧力的大小、锚杆的角度、锚杆支护的检测以及锚杆支护工艺应进一步细化,加强管理。

2.1巷道变形的特点

五、广能公司矿井调研情况1. 广能公司概况1.1
企业概况广能公司的前身是原煤炭工业部直属国有大型骨干企业——华蓥山矿务局,始建于1970年,是一个集煤炭开采、洗选加工、发电、建材、机械制造等为一体的国有控股综合型企业,有总资产30多亿元,员工6700余人。广能公司下属3对生产矿井(绿水洞矿120万吨/年、李子垭矿120万吨/年、李子垭南矿30万吨/年),核定生产能力270万吨/年;有两对基建矿井(龙滩煤矿150万吨/年、李子垭南二井30万吨/年),设计生产能力180万吨/年;有一对即将开工的龙门峡南矿,设计生产能力60万吨/年。广能公司拥有各类专业技术人员800多人,是四川省唯一的“采煤机械化矿务局”,急倾斜(60度)、大倾角、薄煤层综采技术和急倾斜综采液压支架制造技术国内领先,并达到国际先进水平。广能公司2008年生产原煤217.6万吨,掘进总进尺41352米,其中开拓进尺8606米,采煤机械化程度达87%,综掘机械化程度为31%,百万吨死亡率为零,总体安全技术水平较高。1.2
矿井生产地质条件广能公司属新华夏系第三沉降带四川盆地川东褶皱带西缘,矿区南北走向长约87公里,东西宽约6.5公里,主要由龙王洞背斜、宝顶背斜、打罗湾背斜、天池向斜、田湾向斜、李子垭向斜及三百梯向斜等褶曲组成。下属龙滩、绿水洞、李子垭、李子垭南井田现有地质储量约1.5亿吨,主要开采二迭纪龙潭组K1煤层。水文地质特征:龙滩矿井水文地质条件属较复杂,绿水洞和李子垭属中等、李子垭南矿简单至中等。对矿井有影响的含水层有下二叠统栖霞组、茅口组灰岩含水层、上二叠统龙潭组和长兴组灰岩含水层。茅口组灰岩、长兴组灰岩为矿井主要充水层。矿区瓦斯:矿区属高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井,李子垭和李子垭南矿属高突矿井,绿水洞和龙滩矿属高瓦斯矿井。煤尘爆炸及自燃发火:据实验测定,各矿井K1-1、K1-2煤层均具有煤尘爆炸性和自燃发火倾向。顶底板:K1-2煤层顶板一般为深灰色砂质泥岩,少数为泥岩或粉砂岩,裂隙、层理发育,性脆,易垮落,难支护。其底板亦为K1-1煤层顶板,一般为深灰色泥岩,间夹薄层砂质泥岩或煤线,厚度为0—5.8米。K1-1煤层底板一般为灰黑色泥岩或灰色粘土质泥岩,遇水膨胀,易于风化破裂。2.
矿井生产建设中存在的主要问题2.1综采工作面支护存在的问题大倾角、急倾斜综采工作面采成真倾斜或仰斜,则煤壁易片帮,飞矸严重,端面距易超宽,顶板难以控制;而按伪俯斜推进,支架、溜子易下窜。综采工作面端头支护管理存在着一定困难。大倾角综采端头支架,较好地解决了出口问题,但由于支架较重,如遇巷道底部变软,走向方位变化,巷道变形,工作面支架下窜、下滑,端头支架移动就十分困难,影响正常回采。其余工作面上、下出口均采用单体液压支柱进行支护。在煤层倾角小,顶板完整的条件下,可有效控制顶板,但在顶板破碎、煤层倾角大就存在顶板难以控制、容易飞矸伤人等安全问题。大倾角、急倾斜综采支架防滑等问题仍是当前综采支架的关键技术难题。大倾角综采工作面上隅角采空区顶板垮落后不易全部充填,达不到质量标准化2×5m2的规定。综采工作面刮板输送机安设在上出口,且与运输机垂直布置,造成一架支架滞后,空顶面积大,且端头支护不易按质量标准化支设。各矿井煤层变化大、构造多,综采工作面过断层的顶板管理技术和近距离(2m左右)复合顶板极薄煤层(0.8m)综采技术有待组织攻关。2.2伪倾斜柔性掩护支架面存在的问题架型对煤层厚度变化的适应性差。煤层变厚接顶困难,容易漏矸;煤层变薄,支架容易变形,采场空间较小。伪倾角与工作面支护、煤炭开采存在矛盾。倾角小,支架管理较好,但出煤相当困难;倾角大,出煤容易但支架管理困难。下出口管理仍是工作面安全管理的关键。2.3掘进工作面存在的问题矿压管理不到位,对采掘工作面矿压显现规律认识不足。主要采用工程类比法进行支护设计,使支护设计受到一定局限。由于各矿井开采煤层顶、底板为炭质泥岩和页岩,且层理、节理较发育,掘进后易破碎离层,对支护质量造成影响。煤层上分层较软,易发生片帮垮落,用锚杆支护后,顶部和高帮离层、垮落和兜网现象严重。局部巷道锚杆陷入煤之中,托盘变形损坏严重,部分杆体拉断,致使锚杆失效。采用补打棚架、增打点柱等二次支护影响生产安全,增加支护成本。底板压力较大,掘进后离层严重。仅以李子垭南二井为例:观测点距碛头10-20m范围,浅基点(深度3m)离层量最大为54mm,最小为17mm。深基点(深度8m)最大为50mm,最小为4mm。对巷道围岩的矿压显现规律和现支护锚固力可靠性考察不够。目前各矿锚网支护锚固力一般为8t左右,最大达11t。按照目前的支护形式,有的巷道难以对围岩进行控制。所属矿井开采倾斜和急倾斜煤层时,煤和半煤巷施工中,煤软分层(上分层)易随掘进发生冒落,且伴随大量瓦斯涌出,给巷道支护带来困难,施工安全面临威胁。如何防止倾斜、急倾斜煤层煤巷掘进软分层垮冒是目前尚待解决的技术难题。李子垭南矿半煤巷施工采用棚架支护,由于地应力和瓦斯原因,多次发生碛头后方几十米段突然来压,造成巷道和支架变形,被迫进行加固支护。各矿井煤巷道施工中如遇断层构造,顶板淋水,顶板岩石易膨胀变形,巷道压力增大,造成巷道顶板离层底鼓,支护失效,甚至垮塌,故遇有顶板淋水的巷道支护技术有待突破。3.
突出问题及其对策3.1对典型巷道支护的一般性对策近20余年,锚杆技术发展很快,可以分为3个阶段:“九五”期间形成的高强树脂锚杆阶段,强调锚杆材料强度和树脂锚固;1999年以来的预应力锚杆支护或强化锚杆支护阶段,以强调高锚固强度和高预紧力为特征,由于强调预紧力,极大地推动了锚杆的精细化专业化加工技术和结构研制,在理念和实践上将锚杆从支护材料提升到支护产品;2004年以来,随着锚杆支护应用水平的提高,提出强调系统支护性能的锚杆支护新阶段,其特点是高强度、高预紧力、系统高刚度“三高”,进一步推动了锚杆支护附件的研制和加工。从支护技术看,从广能集团的介绍及李子垭南二井实地考察看,矿区基本掌握了九五期间的成果,并在较大范围推广应用,也就是高强螺纹钢树脂锚杆技术,但是和国内的先进水平和先进的矿区支护还有一些差距。针对这种状况,经与有关技术管理人员协商,一致直认为可以采取的几项措施:1)进一步优化和试验断面形状和巷道施工层位,在充分考虑工作面下端头管理的前提下等;2)引入新型支护理念,系统升级现有树脂锚杆支护技术;
半棚梁锚架组合调整为强调“三高”的新型锚带网和局部单体锚索组合支护;顶板采用M型钢带、左旋无纵筋高性能锚杆和刚性网支护,通过高强度高预紧力的锚杆及整体性能优良的支护系统实现大间排距支护,有效控制薄层状复合顶板离层;高底帮松软煤体部分采用右旋全螺纹锚杆或注浆锚杆结合W型钢带及护网支护,确保锚杆安装紧贴煤岩面,有效约束后续松动变形;根据维护时间和风化速度分段喷薄层封闭围岩,防止风化破碎顶板。进一步优化断面形状、支护参数设计和锚杆布置。3)高帮煤体在掘进过程中片落是突出煤层的大忌,必须寻求有效解决办法,建议从如下两种技术途径入手试验:沿高帮煤体轮廓线超前预打竹片式锚杆,超前保护帮;其循环进尺2.0~2.5m,超过日循环推进度;密集交叉布置竹片锚杆,间距300~400mm,向巷道煤体外扎10~200。沿高帮煤体轮廓线预注浆,可采用硫铝酸盐水泥、黄泥、甚至乳化水等材料,3~4个孔;都可以起到临时固定的作用。3.2锚杆支护类产品的集中专业化加工为支护升级提供硬件条件通过定点集中加工,形成多规格全系列高性能锚杆、网、带、树脂药卷等支护产品的专业化加工基地,实现产业化、系列化、多样化、专业化,并具备跟踪国内支护产品发展动向、及时跟进的能力,为实现预拉力提供基础。集中加工与管理有以下突出优点:1)有利于吸引国内外最先进的技术进行新产品的开发;
2)有利于产品质量的稳定;
3)有利于原材料的采购;4)有利于技术服务的实施;
5)有利于降低成本;合理的集中化生产能够大幅度降低产品的加工成本,提高生产效率,降低锚杆加工成本;6)有利于使用小批量的新产品。3.3积极研究沿空留巷技术,解决急倾斜松软煤层掘进和突出威胁从开拓布局、采掘接替结题、防突治理等方面综合评估沿空留巷技术,近几年沿空留巷技术发展很快,川煤的部分矿井煤层顶板比较稳定地压不大,机巷回采动压显现不强烈,顶板不跨冒,从技术上看具有沿空留巷的条件,如何统筹几方面问题,值得研究。4.下步工作建议4.1高度关注矿井生产中面临的安全威胁,积极开展防突治理工作,安全治灾任重而道远1)加强技术培训与管理,提高职工素质,积极应对各类安全威胁广能公司所开采的矿井地质条件复杂、灾害严重,水、火、瓦斯(含高浓度硫化氢)、煤尘、顶板等“五大灾害”俱全。开采煤层具有自燃发火倾向性,煤尘具有爆炸性。各矿在生产中面临的安全威胁主要有如下6个方面:煤层瓦斯涌出量大,采掘过程中易出现瓦斯超限;煤与瓦斯突出威胁增大,主要集中在半煤巷掘进过程中;裂隙、溶洞发育,富含有毒有害气体和水体;采煤面煤层倾角大、断层多、薄化严重,防飞矸和顶板支护难管理;煤层易自燃;矿井向深部和井田边界开采,提升、转运环节增多,机电、运输设备增多,造成零星事故增多。2)强化防突管理和预测预报工作突出和冲击矿压是煤矿最大的难题,理论上没有很好的解释,机理不清;突出从根本上讲是能量问题,是地应力和采掘活动产生的应力集中作用下,岩体应变能的突然释放。技术上没有高效的办法,实践中只能多管齐下,综合治理。建议:加强矿井瓦斯的基础参数、预防指标等基础数据测试、基本显现特征总结、基本规律研究;邀请科研院所针对性研究个性化规律;预防和消除突出最好的防治措施是卸压开采,单一急倾斜煤层的防突技术应结合具体条件研究急倾斜矿压规律、底板巷道掩护掘进的效果考察;掘巷迎头预抽的效果考察;上下区段的瓦斯涌出规律对工作面开采的影响等,提出有指导意义的量化数据。加大施工队伍培训和管理,杜绝低级错误。4.2
积极跟踪国内外急倾斜薄煤层开采先进技术1)积极跟踪新汶矿业集团薄煤层螺旋钻无人开采技术、铁法煤业有限责任公司极薄煤层高产高效自动化刨煤机无人工作面支护技术等国内先进的薄煤层无人综采技术;2)积极跟踪采掘远程控制技术,国家863计划重点项目“煤矿井下采掘装备遥控关键技术”的研发,今年初正式启动,这是我国首次启动煤炭开采远程控制技术研发;3)积极跟踪岩巷掘进机,特别是硬岩掘进机,但在当前阶段还应立足于钻爆法,结合具体条件研究更有效的应用和提高钻爆功效,加快掘进速度。4.3建议通过煤炭工业协会等多种渠道,积极争取有关政策,营造良好的安全生产和经营环境1)研究国家科技政策,争取灾后重建政策2)建议国家加大煤炭资源配置的宏观调控力度。3)建议国家加快煤炭价格市场化改革进程。4)建议减免煤炭企业的税赋。5)建议加大对国有煤炭企业安全生产的投入力度。4.4
积极稳妥实施走出去的企业发展战略1)围绕已经相对成熟的薄煤层机械化开采、机械制造打造国家级技术中心或企业研究中心,争取科技投入的税收减免,带动产业发展和新的对外服务模式。2)积极拓展外部资源开发开采权益,盘活公司已有的技术管理和人力资源。

巷道施工15
d后开始出现不同程度的变形和破坏,20~30d变形加剧,主要表现在巷顶严重下沉,两帮喷体连带两帮岩层大面积开裂片帮,底鼓现象严重,锚杆被扭弯,锚杆托盘脱落或严重反转,联络巷两帮相对移近量最大达2.1m。

巷道修复仍以锚网为主支护,但由于围岩变形大,持续时间长,修复工作并未有效地控制围岩变形,修复后的巷道仍不能保持稳定。

变形后围岩的主要特征是软弱、松散、破碎,软化、泥化现象显著,力学特性显著降低,加上围岩破坏后部分锚杆失效,巷道后期变形加剧。

部分地段围岩受地下水的浸泡,岩体泥化现象明显,底鼓和巷道变形更为严重。

2.2破坏原因分析

深部地应力大

井底车场埋深在750~900m之间,上覆岩层产生的垂直主应力为:

σ1=γH=2.5×104×(750~900)=18.7~22.5MPa

式中γ———上覆岩层的视密度,t/m3;

H———巷道埋深,m。

由于巷道群处于周寨向斜轴部,煤层倾角变化急剧,因而处于较高的构造应力区。

围岩强度较低

巷道所处围岩的天然抗压强度仅为1.45~26.7MPa,皆属于软岩类。软岩具有强度小、易破碎、遇水易软化、支护困难等特性,为不坚固岩层。加上环境因素对岩层造成的破坏,开挖后巷道的围岩强度大大降低,巷道稳定性系数远远超过极限值,巷道处于极不稳定状态,势必会出现变形破坏。

支护参数选择不合理

巷道原设计支护方式为锚喷网支护,采用#20mm×2200mm锚杆和4号钢筋网,网格80mm×80mm。混凝土喷层厚度为150
mm,采用C20混凝土。局部地段以!15.24mm×6500mm锚索加强支护。相对于巷道所处的工程地质环境,原支护参数存在以下问题:①支护强度不够,且难以形成支护的整体性;②锚杆和托盘不匹配,托盘厚度不够,部分托盘内陷、反转失效导致锚杆失效。另外,加上施工过程中锚杆预紧力不足、巷道支护滞后等因素,巷道关键部位首先发生失稳破坏,进而导致全断面失效。

底板和巷道底角未采取有效措施

由于没采取有效措施,已施工巷道的支护体处于开放结构状态。当巷道顶帮压力加大时,底板围岩应力集中,同时,巷道底板因受地下水和工程水的侵蚀,岩层强度急剧降低,底板岩层产生显著的塑性变形和剪切破坏,表现为显著的底鼓现象,进而直接影响巷道顶帮的稳定,造成巷道支护结构的全面失稳。

3耦合支护设计

3.1初次耦合支护设计

锚杆:采用!20 mm×2500mm单向左旋

无纵筋螺纹钢锚杆,间排距750mm×750mm。锚杆孔径为!30mm,树脂药卷锚固,锚固长度不小于1m,锚固力大于150kN,采用200mm×200mm×12mm的托盘。

底角锚杆:底角锚杆采用!43mm×600

mm管缝式锚杆,布置在巷道底板两侧底角处,每侧两根,俯角45°,间排距为500
mm×700mm。

钢筋网:钢筋网采用!6.5mm的圆钢焊接,网格为100mm×100mm,网片尺寸为900mm×1600mm,逐扣进行连接。

钢筋梯:钢筋梯采用!14 mm螺纹钢制作,长2.5m,每断面四段。

混凝土:初喷厚度40mm,复喷厚度60mm。喷射混凝土强度等级为C20。

3.2二次耦合支护设计

为实现对巷道岩性的整体控制,在上述锚网支护的基础上,采用全断面高预应力锚索支护紧跟掘进工作面施工,锚索预紧力达到150kN。

顶部锚索规格为!15.24mm×6500mm,

两帮锚索规格为!15.24mm×4000mm,间排距为1.4~1.5m×1.5m,布置在两排高强树脂锚杆之间,采用树脂端锚,锚固长度不小于1.5m,每排布置6~7根预应力锚索。

锚索钢梁采用矿用18号槽钢,长度为1.9m。

3.3耦合支护顺序

按设计毛断面掘进→临时支护→出矸石→初喷→铺设顶部钢筋网及钢筋梯→施工顶部锚杆→铺设帮部钢筋网及钢筋梯→施工顶部锚索→施工帮部锚索→清除底部矸石→施工底角锚杆→检测变形。

4施工注意事项

巷道掘进严格执行光面爆破。

锚杆孔尽量垂直岩层赋存方向。

一次紧固和二次紧固都要达到设计预紧力。

锚索孔深不得超过设计孔深50mm。

施工完毕后,要加强锚索预应力检测,当预应力降低20%~30%时,可进行锚索的二次张拉。

运输及使用过程中采取有效措施,防止钢绞线破股。

5应用效果

新安煤矿井底车场按照修改的支护设计方案已施工84m巷道,2007年3月因其他原因停止施工。为了检测支护效果,在所施工巷道内进行了顶板下沉、两帮位移及底鼓3项检测。检测结果表明,从至止,顶板累计下沉量为50mm,两帮移近量平均为86
mm,最大移近量为120mm,累计底鼓为100mm,基本实现了巷道的稳定支护。

6结语

通过锚网支护,使锚杆与围岩粘结在一起,提高岩体的整体刚度,不但可对岩层离层起到

阻碍作用,而且可增加岩层间的摩擦力,使支护体和岩层形成一个整体的支护结构。

利用锚索技术将上覆不稳定岩层悬吊到深部稳定岩层中,可有效调动深部围岩的承载能力,减少上覆岩层压力。

通过施工底角锚杆,在角部形成自承能力较高的承载拱,减少两帮下沉及塑性变形,从而达到控制底鼓的效果。

作者简介:张成银(1967-),男,江苏沛县人,2005年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,徐州矿务集团有限公司平凉新安煤业有限责任公司工程师。

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