洼里煤礦煤石圓巷道支護(hù)技術(shù)研究

洼里煤礦煤石圓巷道支護(hù)技術(shù)研究

1鄉(xiāng)城區(qū)煤1板礦龍口礦區(qū)wli煤礦井由洼里區(qū)和市鎮(zhèn)組成。生產(chǎn)水平為-108和250。1和2.煤礦可開(kāi)采。-108水平基本回采完畢,現(xiàn)生產(chǎn)水平為-250水平,其可采煤層為煤2。煤1全區(qū)穩(wěn)定可采,平均厚度1.80~1.90m,為3層式結(jié)構(gòu),即2個(gè)煤分層,中間夾油頁(yè)巖,鄉(xiāng)城區(qū)煤1平均厚度1.83m,一般有2層夾矸。洼里區(qū)煤1頂板為含油頁(yè)巖,厚度2.47~11.99m,平均厚度6.94m,鄉(xiāng)城區(qū)煤1頂板為次含油頁(yè)巖,厚度為1.29~4.90m,局部為炭質(zhì)泥巖,含油泥巖,粉沙巖。煤1頂板膨脹性強(qiáng),高嶺土含量最高達(dá)40%,硬度系數(shù)為f=0.5~0.9。洼里區(qū)煤1底板為次油頁(yè)巖、含油泥巖,厚0.6~3.3m,平均厚度1.56m,鄉(xiāng)城區(qū)煤1底板為含油泥巖,厚度一般為2m左右。煤1底板膨脹性強(qiáng),硬度系數(shù)為f=0.7左右。煤層頂板和底板暴露在空氣中易風(fēng)化、吸濕、潮解,進(jìn)而軟化、泥化,屬典型的三軟巖層。2-250水平巷道以往主要支護(hù)形式同-108水平相比,-250水平巷道礦壓顯現(xiàn)較明顯,如在-108水平運(yùn)用較多的錨桿支護(hù)已不適用于-250水平。在近幾年-250水平巷道的施工過(guò)程中,以D2.6m料石圓碹支護(hù)形式為主,并進(jìn)行了多種支護(hù)形式的改革試驗(yàn),如錨噴反拱支護(hù),鋼棚支護(hù),鋼棚條帶碹支護(hù)等支護(hù)形式。2.1網(wǎng)噴漿、反底拱聯(lián)合支護(hù)情況1999年在-250水平進(jìn)行了螺旋錨桿(全長(zhǎng)錨固)反拱噴漿聯(lián)合支護(hù)試驗(yàn)。試驗(yàn)段底板標(biāo)高為-250m,設(shè)計(jì)支護(hù)斷面為2.0m×2.0m(凈寬×凈高)的矩形斷面,采用螺旋錨桿、掛網(wǎng)噴漿、反底拱聯(lián)合支護(hù),實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度52m。同D2.6m料石圓碹支護(hù)形式相比,此種支護(hù)形式一是巷道單進(jìn)高,相同條件下,單進(jìn)比D2.6m料石圓碹提高30%~40%;二是巷道斷面利用率高,D2.6m料石圓碹巷道斷面利用率為54%,錨噴巷道斷面利用率為70%。但施工中存在較多問(wèn)題:一是因煤層頂板1.1~1.2m處有一層100~200mm厚的堅(jiān)硬結(jié)核石,推進(jìn)螺旋錨桿困難;二是由于煤壁易片幫,巷道成形不好,使噴漿材料投入較多;三是后期變形較大,巷道經(jīng)多次復(fù)噴后,斷面大大減少,且巷道綜合成本高于D2.6m料石圓碹巷道,所以難于進(jìn)一步推廣使用。2.2巷道斷面、直徑年設(shè)計(jì)方案。巷道原主要在-108水平巷道中使用比較成功,但在-150m水平以下部分巷道施工較困難,巷道短期內(nèi)發(fā)生較大變化,如2000年6月,在12101工作面近切眼段的運(yùn)輸巷施工80m,巷道凈斷面為梯形,面積3.33m2,棚間距0.5m,棚下穿直徑350mm的鐵鞋,用背板背幫背頂。巷道在施工后3d即出現(xiàn)底鼓、棚腿內(nèi)擠現(xiàn)象,給以后的掘進(jìn)與工作面回采帶來(lái)較大困難,這種支護(hù)形式不能適用于-250水平巷道的施工。2.3巖石應(yīng)力緩沖段支護(hù)條帶支護(hù)指3~5m的料石圓碹支護(hù),間隔1m左右鋼棚支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)形式。砌碹段為巖石應(yīng)力抵抗主體段,鋼棚支護(hù)段為巖石應(yīng)力緩沖段,這種支護(hù)形式在試驗(yàn)中取得了一定的成功。如1999年3月在-290水平采用鋼棚條帶碹形式支護(hù)120m,到2000年3月份工作面回采時(shí),除局部巷道底鼓較重、少量片幫外,無(wú)大的變化,滿足了安全生產(chǎn)需要。但這種支護(hù)形式未采用全封閉,鋼棚段巷道易底鼓,且同2000年施工的鋼棚反拱巷道相比,單進(jìn)偏低,成本偏高。2.4兩種支護(hù)形式的優(yōu)化組合無(wú)論煤1與煤2都較成功,是本礦的主要支護(hù)形式。但是料石圓碹支護(hù)存在施工速度慢,料石回收率低,單進(jìn)水平低等缺點(diǎn)。從以上各種支護(hù)形式分析來(lái)看,各有優(yōu)缺點(diǎn)。料石圓碹支護(hù)強(qiáng)度大,但成本高,單進(jìn)低;鋼棚支護(hù)成本低,單進(jìn)高,但支護(hù)強(qiáng)度低。根據(jù)軟巖巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,在生產(chǎn)實(shí)踐中,將以上2種支護(hù)形式有機(jī)結(jié)合起來(lái),進(jìn)行優(yōu)化組合,一是料石條帶碹支護(hù),如上所述,已取得一定的成功;二是鋼棚反拱支護(hù),經(jīng)實(shí)踐證明,同樣取得了較好的支護(hù)效果與經(jīng)濟(jì)效益。3鋼房反弧保護(hù)自2000年3月份進(jìn)行鋼棚反拱支護(hù)改革試驗(yàn),現(xiàn)已正式用于巷道施工中。3.1型鋼鋼棚及反底拱支護(hù)巷道凈斷面(1.60+2.00)/2×1.85(m2),梯形。棚腿采用11#礦用工字鋼或U型鋼,棚頂采用11#礦用工字鋼。棚間距為0.5m,穿直徑350mm的鐵鞋,用背板背幫背頂,當(dāng)兩幫壓力較大時(shí),及時(shí)松幫維護(hù)。反底拱使用0.35m×0.25m×0.15m的料石,反底拱為弓形,底拱支護(hù)厚度為0.25m,矢高0.4~0.5m。巷道沿煤1頂板施工,反底拱破底0.4~0.5m。3.2支護(hù)對(duì)巷道變形的影響洼里煤礦屬典型的“三軟”巖層,長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和礦壓觀測(cè)可知圍巖變形的特點(diǎn)是:巷道開(kāi)掘后圍巖的自穩(wěn)時(shí)間很短;在圍巖應(yīng)力調(diào)整階段圍巖變形速度快,變形量大;在圍巖完成應(yīng)力調(diào)整進(jìn)入應(yīng)力相對(duì)穩(wěn)定階段以后圍巖蠕變顯著,蠕變變形雖保持恒定,但變形速度大,所以軟巖巷道累積的圍巖變形量較大,一般都大于200mm,有的可達(dá)500mm以上。應(yīng)力調(diào)整階段一般為1~3個(gè)月,在周圍無(wú)構(gòu)造或無(wú)采動(dòng)影響、支護(hù)及時(shí)并適當(dāng)時(shí),此階段的變形量可能很小,表現(xiàn)尚不突出。當(dāng)巷道處于構(gòu)造附近或受采動(dòng)影響時(shí),不管原來(lái)采用的是何種支護(hù)形式,一旦所選擇的支護(hù)形式所具有的支撐力不能抵抗圍巖壓力,巷道就會(huì)受到不同程度的損壞,巷道破壞形式主要表現(xiàn)為底鼓、巷道頂板破碎下沉兩幫內(nèi)擠等。根據(jù)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與軟巖巷道的巖層特性及變化規(guī)律不難得出:軟巖支護(hù)中,應(yīng)遵循“剛?cè)嵯酀?jì),抗讓結(jié)合”的支護(hù)原則,即支護(hù)中允許巷道有一定的變形量,但必須保證巷道支護(hù)有一定的初撐力,以適當(dāng)控制巷道的變形。架棚反拱支護(hù)中,由于采用了全封閉的支護(hù)形式,使總體支護(hù)強(qiáng)度大大增強(qiáng),達(dá)到了軟巖支護(hù)中所需的初撐力,較好地控制了巷道的頂、底板的持續(xù)變形,同時(shí)巷道兩幫采用背板背幫,施工中采取了及時(shí)松幫的措施,允許巷道兩幫有一定的變形量,來(lái)釋放一定的壓力,從而使巷道頂、底板所受壓力相對(duì)減少,解決了單純鋼棚支護(hù)中總體支護(hù)強(qiáng)度低、巷道易底鼓的問(wèn)題。3.3變形形式和變形速度3.3.1兩幫內(nèi)擠,有一定的彎曲變形(1)頂板緩慢下沉,背板被壓裂甚至被壓斷。(2)兩幫內(nèi)擠,有一定的彎曲變形。(3)受工作面回采的動(dòng)壓影響時(shí),頂板下沉量加大。3.3.2鋼棚反拱支護(hù)的初撐力巷道變形速度與巷道斷面及棚間距有很大關(guān)系。在12101上運(yùn)施工4.44m2的大斷面鋼棚反拱車場(chǎng)時(shí),巷道在1個(gè)月內(nèi)持續(xù)不斷地變形,主要表現(xiàn)為頂板下沉、底鼓,頂?shù)装遄畲笠平窟_(dá)600mm。當(dāng)棚距大于0.6m時(shí),這種支護(hù)形式的初撐力已難以控制巷道的變形。根據(jù)礦壓觀測(cè)資料,斷面為(1.60+2.00)/2×1.85(m2),棚間距為0.5m的鋼棚反拱支護(hù)形式,施工后的第1個(gè)月是壓力逐步釋放的階段,主要表現(xiàn)為背板被壓緊、壓實(shí),甚至被壓裂,個(gè)別棚腿內(nèi)擠變形較重,此后巷道趨于穩(wěn)定階段。工作面回采時(shí),受動(dòng)壓影響,巷道變形速度又加大,加快。3.4鋼棚支護(hù)的調(diào)整從當(dāng)前情況看,采用(1.60+2.00)/2×1.85(m2)小梯形斷面,棚間距控制在0.5m左右的鋼棚支護(hù)能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)需要。從施工中調(diào)整棚距情況來(lái)看,最佳棚距為0.5m,在棚距超出0.6m時(shí),鋼棚壓彎變形較多。在施工大斷面的車場(chǎng)及巷道受斷層與構(gòu)造影響時(shí),需及時(shí)改成支護(hù)強(qiáng)度較高的支護(hù)形式。在工作面回采時(shí),通過(guò)加強(qiáng)支護(hù),采取松幫等措施進(jìn)行卸壓,完全能保證礦井安全生產(chǎn)的需要。3.5鋼房反弧保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)3.5.1鋼棚反拱巷道生長(zhǎng)效果(1)掘進(jìn)速度快。斷面為(1.60+2.00)/2×1.85(m2)鋼棚反拱巷道與D=2.6m料石圓碹巷道相比較,平均月單進(jìn)提高約30%~40%。(2)巷道成本低。由于工作面回采時(shí),鋼棚回收,每米架棚巷道較D=2.6m料石砌碹巷道成本降低260多元。(3)沿煤1頂板施工,易于煤質(zhì)管理。3.5.2斷層周邊支護(hù)情況對(duì)支護(hù)密度的影響(1)由于鋼材價(jià)格較高,如新投入鋼材則初期投資較大。(2)在斷層附近,要視情況及時(shí)改變支護(hù)形式或調(diào)整支護(hù)密度,增大了工作量。(3)實(shí)踐證實(shí),在深水平施工大斷面的車場(chǎng)時(shí)不宜采用鋼棚反拱支護(hù)。3.6對(duì)支護(hù)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化鋼棚反拱支護(hù)目前已取得了一定的成功,但多是一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),理論認(rèn)識(shí)尚不足。應(yīng)要加強(qiáng)理論分析探討,以使支護(hù)工藝參數(shù)更加合理。通過(guò)礦壓觀測(cè),在生產(chǎn)實(shí)踐中要對(duì)鋼棚反拱支護(hù)的工藝參數(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化。如棚間距,反底拱的矢高等。鋼棚反拱支護(hù)可以考慮和鋼棚支護(hù)進(jìn)行間隔條帶式聯(lián)合支護(hù),并通過(guò)選取合適的施工工藝參數(shù),使巷道既能充分卸壓,又能保證一