深部開采礦井煤巷支護安全管理

1、深部開采礦井煤巷支護安全管理與探索作者 中天合創(chuàng)能源有限責任公司 李陽概述筆者先后在內(nèi)蒙古科左后旗金寶屯煤礦、吉林省九臺市龍家堡煤礦和內(nèi)蒙古烏審旗門克慶煤礦從事開拓掘進技術、安全管理工作，身臨其境地感受深部開采礦井高地應力帶來的煤巷支護難題，造成冒頂、巷道支護破壞、惡化作業(yè)環(huán)境和人身傷害等災害，嘗試采用目前流行的LEC定量法對深部開采礦井煤巷支護安全風險進行定量、定性評價，對比分析不同類型條件下深部開采礦井煤巷支護的安全風險，為確定安全的支護模式提供依據(jù)，保證科學地指導礦井安全建設與生產(chǎn)。. 礦井開采條件對比金寶屯礦井設計年產(chǎn)量120萬噸/年，含煤地層為中生界侏羅系上統(tǒng)協(xié)爾蘇組中部含煤段，煤賦

2、存深度在-640m-890m之間，煤層頂板為灰綠色泥巖厚4.0m9.56m，層理發(fā)育， 易冒落，抗壓強度低，底板泥巖厚變化在13m20m之間，巖石抗壓強度為22.09mpa，含煤地層上覆巖層以泥砂巖為主，膠結(jié)松散，抗壓強度小。據(jù)勘探資料井田內(nèi)有8條落差10m以上的斷層，實際揭露大量落差小于10m的斷層，構(gòu)造應力明顯。龍家堡礦井設計年產(chǎn)量300萬噸/年，成煤期白堊紀營城組，煤層開采深度為877m1095m，煤層直接頂為黑色、灰色泥巖，厚10m20m，層理較發(fā)育，塊狀結(jié)構(gòu)，夾薄層白色砂巖，性脆 1易冒落，平均單向抗壓強度12.5Mpa，老頂為灰綠色凝灰?guī)r、礫巖，凝灰?guī)r致密塊狀，礫巖基底式凝灰質(zhì)膠結(jié)

3、，堅硬，煤層底板為角礫巖，凝灰質(zhì)膠結(jié)較硬。落差超過10m的斷層密度平均0.6條/100m，同時伴有大量小斷層和褶曲構(gòu)造，礦區(qū)地應力測量成果分析，最大主應力方向與東北的主應力方向基本一致，近東西方向，以水平應力為主，構(gòu)造應力非常明顯。門克慶礦井設計年產(chǎn)量12Mt/年，含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，可采9層煤層，井田構(gòu)造形態(tài)總體為單斜構(gòu)造，地層傾角13°，勘探井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層等構(gòu)造，煤層頂?shù)装逯饕獛r性粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，平均抗壓強度21.6Mpa，礦井首采區(qū)開拓系統(tǒng)布置在3#煤層中，3#煤層埋藏深度為674.18726.82m， 3-1煤層厚度1.576.35m，從實際揭露3-1煤層來看，可

4、分3個煤分層，上下分層光亮，硬度較大，中間分層灰暗，內(nèi)生裂隙發(fā)育。2.選擇煤巷支護形式金寶屯礦井綜采工作面順槽煤巷主要支護形式按選擇先后順序為三心拱36U型鋼支架 36U 型鋼單層圓棚錨噴支護三心拱36U型鋼支架+36U 型鋼雙層圓棚二次支護。龍家堡礦井綜采工作面順槽煤巷主要支護形式為三心拱36U型鋼支架 錨噴支護 錨網(wǎng)+三心拱36U型鋼支架聯(lián)合支護門克慶礦井開拓煤巷支護形式為錨桿+ 錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯+噴漿復合支護。3.主要危害狀況3.1收斂變形。金寶屯礦井三心拱36U鋼支架支護，掘進40m60m后巷道底鼓嚴重，平均日底鼓9.6cm，月底鼓大約3.0m，支架腿鉆入底板2.53.1m，同時支

5、架扭曲變形，兩幫腿向中間移近量達到0.3m0.6m，最大1.1m，致使巷道寬度不足2.7m，影響通風、行人和運料。3.2頂板緩慢下沉，大面積冒落。金寶屯礦井N106開切眼全長195米，設計斷面：寬7.0m×高4.0m，嘗試錨索+錨桿+金屬網(wǎng)支護，掘進至回風側(cè)至65m和80m發(fā)生兩次冒頂，冒頂空間長6m×寬5m×高m，從零米開始到65米位置，下沉為1.1m1.9m，平均1.5m，底鼓為最小1.3m，最大為2.6m，平均1.95m，而回風側(cè)從排氣開始到70m位置頂板下沉量為1.8 m 2.9m，平均2.35m，而底鼓為1.6m 3.0m，平均2.3m，幾乎將開切眼頂?shù)?/p>

6、板壓合層，在刷幫拉起底過程中連續(xù)發(fā)生兩次大冒頂事故，第一次冒頂長13.7 m×寬7.0 m×高15.6 m，緊接著第二次冒頂長14.4m×寬7.0 m×高13.4 m，兩段總長：28.1m，寬20.0m,平均高14.5m，艱難地采取冒多高錨多高處理冒頂區(qū)域。龍家堡礦井錨網(wǎng)質(zhì)量不易控制，多次發(fā)生錨噴巷道頂板緩慢下沉后局部冒落，面積大致16m2。3.3片幫冒頂。龍家堡礦井煤巷掘進過程，煤爆聲不斷，時常發(fā)生頂板冒落，甚至煤巖突出，一次煤巖突出長5.6m×寬4.3m×高3.2m，一次冒落巖體可達77m；金寶屯礦井煤巷掘進 3 34.危害產(chǎn)生原

7、因分析將前所述情況歸納成圍巖分類、構(gòu)造狀況、危害描述及有效支護形式一覽表。礦井名稱 圍巖分類類別 名稱不穩(wěn)定性巖層 構(gòu)造狀況 危害描述 有效支護形式 金寶屯煤礦 斷層較發(fā)育龍家堡煤礦 穩(wěn)定性較差巖層 斷層、褶曲發(fā)育門克慶煤礦 穩(wěn)定性較差巖層 斷層不發(fā)育 巷道主要支護形錨噴巷道嚴重收斂變式36U型鋼支架形，發(fā)生大面積冒頂 雙層支護為主，錨噴為輔 錨噴巷道多次局部冒錨網(wǎng)+可伸縮性頂，曾發(fā)生煤巖突出，三心拱支架+噴冒頂傷人事故 漿聯(lián)合支護 兩幫，薄弱煤分層片錨桿+錨索+金屬幫，造成組合拱“懸網(wǎng)+鋼筋梯+噴漿空”，錨噴支護強度降聯(lián)合支護 低通過上表分析可以看出，金寶屯煤礦屬于典型“三軟”不穩(wěn)定巖層，在

8、高地應力作用下，煤巖塑性變形明顯，架棚和錨噴支護都出現(xiàn)嚴重收斂變形，受斷層構(gòu)造影響，局部冒落難免。龍家堡礦井直接頂板巖石軟，在高地應力和水平構(gòu)造應力復合作用下，極易發(fā)生冒頂甚至煤巖突出災害。門克慶礦井雖然圍巖完整，構(gòu)造不發(fā)育，但是也受到高地應力影響，造成薄弱煤分層易片幫。5.煤巷支護風險評價采用目前流行的LEC定量法對深部開采礦井煤巷支護安全風險進行定量評價，LEC評價法是美國安全專家格雷厄姆和金尼 4提出的，該方法以與系統(tǒng)風險率有關的三種因素指標值之積來評價系統(tǒng)人員傷亡風險的大小，從而確定作業(yè)條件的危險程度。其簡化公式為：D=L×E×CL發(fā)生事故的可能性大小；E人體暴露在

9、這種風險環(huán)境中的頻繁程度；C一旦發(fā)生事故會造成的損失后果。根據(jù)所述礦井危害狀況，選取L、E、C分值，計算三礦井風險分值如下表：礦井名稱金寶屯礦井龍家堡礦井門克慶礦井 風險分值D 錨噴支護6000 金屬支架雙層支護45 錨噴支護270 三心拱支架+錨噴支護45 錨噴支護42 風險程度 極其危險級 一般危險級 高度危險級 一般危險級 一般危險級從上表看，金寶屯礦井單純采用錨噴支護有極其危險，會造成災難性事故，在N109開切眼掘進支護過程頂板下沉嚴重情況下，及時調(diào)整施工方案采用小斷面貫通，加強工人緊急避險班前教育，避免了大面積冒頂傷人事故發(fā)生，汲取經(jīng)驗教訓，增大安全投入，從2005年起，該礦煤巷支護

10、采用三心拱支架快速掘進，及時翻給36U型鋼全圓雙層棚高強度支護，大大降低作業(yè)環(huán)境風險程度，再沒有發(fā)生一起嚴重冒頂事故，保證煤礦正常生產(chǎn)。龍家堡礦井重視科研投入，及時與遼寧工程大學合作進行高地應力測控研究，模擬計算巷道錨噴參數(shù)，付諸現(xiàn)場實踐，利用頂板離層儀和液壓枕加強對錨噴巷道監(jiān)控，根據(jù)現(xiàn)場施工錨噴巷道質(zhì)量難以控制，錨噴支護高度危險，靈活采用錨網(wǎng)和三心拱支 5架聯(lián)合支護方式，減低安全風險，增加經(jīng)濟效益。門克慶礦井3-1煤巷錨噴支護，雖然風險分值不高，但是兩幫中間部位煤分層片幫嚴重，造成錨噴支護強度降低，影響巷道服務年限，存在潛在的安全風險，本著“安全第一、生命至上”的安全理念，及時停止掘進，分析原因，采取控制措施，落實質(zhì)量是安全根本原則。6.結(jié)論不同區(qū)域深部開采礦井高地應力顯現(xiàn)不同，對礦井生產(chǎn)安全產(chǎn)生不同程度的危害，造成煤巷軟巖支護風險程度不同，通過不斷地科學實踐，摸索出一些的防范措施值得總結(jié)。1）深部開采礦井煤巷支護要結(jié)合礦井地質(zhì)條件，認真科學研究，勇于實踐，保證安全投入，都可找到解決辦法。2）深部開采礦井大斷面軟巖