洼里煤礦煤石圓巷道支護技術(shù)研究

洼里煤礦煤石圓巷道支護技術(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個煤分層,中間夾油頁巖,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,高嶺土含量最高達40%,硬度系數(shù)為f=0.5~0.9。洼里區(qū)煤1底板為次油頁巖、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,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化、吸濕、潮解,進而軟化、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水平運用較多的錨桿支護已不適用于-250水平。在近幾年-250水平巷道的施工過程中,以D2.6m料石圓碹支護形式為主,并進行了多種支護形式的改革試驗,如錨噴反拱支護,鋼棚支護,鋼棚條帶碹支護等支護形式。2.1網(wǎng)噴漿、反底拱聯(lián)合支護情況1999年在-250水平進行了螺旋錨桿(全長錨固)反拱噴漿聯(lián)合支護試驗。試驗段底板標高為-250m,設計支護斷面為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,實驗長度52m。同D2.6m料石圓碹支護形式相比,此種支護形式一是巷道單進高,相同條件下,單進比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題:一是因煤層頂板1.1~1.2m處有一層100~200mm厚的堅硬結(jié)核石,推進螺旋錨桿困難;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,所以難于進一步推廣使用。2.2巷道斷面、直徑年設計方案。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,給以后的掘進與工作面回采帶來較大困難,這種支護形式不能適用于-250水平巷道的施工。2.3巖石應力緩沖段支護條帶支護指3~5m的料石圓碹支護,間隔1m左右鋼棚支護的聯(lián)合支護形式。砌碹段為巖石應力抵抗主體段,鋼棚支護段為巖石應力緩沖段,這種支護形式在試驗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120m,到2000年3月份工作面回采時,除局部巷道底鼓較重、少量片幫外,無大的變化,滿足了安全生產(chǎn)需要。但這種支護形式未采用全封閉,鋼棚段巷道易底鼓,且同2000年施工的鋼棚反拱巷道相比,單進偏低,成本偏高。2.4兩種支護形式的優(yōu)化組合無論煤1與煤2都較成功,是本礦的主要支護形式。但是料石圓碹支護存在施工速度慢,料石回收率低,單進水平低等缺點。從以上各種支護形式分析來看,各有優(yōu)缺點。料石圓碹支護強度大,但成本高,單進低;鋼棚支護成本低,單進高,但支護強度低。根據(jù)軟巖巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律,在生產(chǎn)實踐中,將以上2種支護形式有機結(jié)合起來,進行優(yōu)化組合,一是料石條帶碹支護,如上所述,已取得一定的成功;二是鋼棚反拱支護,經(jīng)實踐證明,同樣取得了較好的支護效果與經(jīng)濟效益。3鋼房反弧保護自2000年3月份進行鋼棚反拱支護改革試驗,現(xiàn)已正式用于巷道施工中。3.1型鋼鋼棚及反底拱支護巷道凈斷面(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,當兩幫壓力較大時,及時松幫維護。反底拱使用0.35m×0.25m×0.15m的料石,反底拱為弓形,底拱支護厚度為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支護對巷道變形的影響洼里煤礦屬典型的“三軟”巖層,長期生產(chǎn)實踐和礦壓觀測可知圍巖變形的特點是:巷道開掘后圍巖的自穩(wěn)時間很短;在圍巖應力調(diào)整階段圍巖變形速度快,變形量大;在圍巖完成應力調(diào)整進入應力相對穩(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500mm以上。應力調(diào)整階段一般為1~3個月,在周圍無構(gòu)造或無采動影響、支護及時并適當時,此階段的變形量可能很小,表現(xiàn)尚不突出。當巷道處于構(gòu)造附近或受采動影響時,不管原來采用的是何種支護形式,一旦所選擇的支護形式所具有的支撐力不能抵抗圍巖壓力,巷道就會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)長期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗與軟巖巷道的巖層特性及變化規(guī)律不難得出:軟巖支護中,應遵循“剛?cè)嵯酀?抗讓結(jié)合”的支護原則,即支護中允許巷道有一定的變形量,但必須保證巷道支護有一定的初撐力,以適當控制巷道的變形。架棚反拱支護中,由于采用了全封閉的支護形式,使總體支護強度大大增強,達到了軟巖支護中所需的初撐力,較好地控制了巷道的頂、底板的持續(xù)變形,同時巷道兩幫采用背板背幫,施工中采取了及時松幫的措施,允許巷道兩幫有一定的變形量,來釋放一定的壓力,從而使巷道頂、底板所受壓力相對減少,解決了單純鋼棚支護中總體支護強度低、巷道易底鼓的問題。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)受工作面回采的動壓影響時,頂板下沉量加大。3.3.2鋼棚反拱支護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上運施工4.44m2的大斷面鋼棚反拱車場時,巷道在1個月內(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_600mm。當棚距大于0.6m時,這種支護形式的初撐力已難以控制巷道的變形。根據(jù)礦壓觀測資料,斷面為(1.60+2.00)/2×1.85(m2),棚間距為0.5m的鋼棚反拱支護形式,施工后的第1個月是壓力逐步釋放的階段,主要表現(xiàn)為背板被壓緊、壓實,甚至被壓裂,個別棚腿內(nèi)擠變形較重,此后巷道趨于穩(wěn)定階段。工作面回采時,受動壓影響,巷道變形速度又加大,加快。3.4鋼棚支護的調(diào)整從當前情況看,采用(1.60+2.00)/2×1.85(m2)小梯形斷面,棚間距控制在0.5m左右的鋼棚支護能適應當前的生產(chǎn)需要。從施工中調(diào)整棚距情況來看,最佳棚距為0.5m,在棚距超出0.6m時,鋼棚壓彎變形較多。在施工大斷面的車場及巷道受斷層與構(gòu)造影響時,需及時改成支護強度較高的支護形式。在工作面回采時,通過加強支護,采取松幫等措施進行卸壓,完全能保證礦井安全生產(chǎn)的需要。3.5鋼房反弧保護的優(yōu)缺點3.5.1鋼棚反拱巷道生長效果(1)掘進速度快。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,平均月單進提高約30%~40%。(2)巷道成本低。由于工作面回采時,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斷層周邊支護情況對支護密度的影響(1)由于鋼材價格較高,如新投入鋼材則初期投資較大。(2)在斷層附近,要視情況及時改變支護形式或調(diào)整支護密度,增大了工作量。(3)實踐證實,在深水平施工大斷面的車場時不宜采用鋼棚反拱支護。3.6對支護工藝參數(shù)進行優(yōu)化鋼棚反拱支護目前已取得了一定的成功,但多是一些實踐經(jīng)驗的總結(jié),理論認識尚不足。應要加強理論分析探討,以使支護工藝參數(shù)更加合理。通過礦壓觀測,在生產(chǎn)實踐中要對鋼棚反拱支護的工藝參數(shù)進一步的優(yōu)化。如棚間距,反底拱的矢高等。鋼棚反拱支護可以考慮和鋼棚支護進行間隔條帶式聯(lián)合支護,并通過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