“三软”煤层一次成巷工艺及支护技术研究

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第３期　中州煤炭　总第１４１期　“三软”煤层一次成巷工艺及支护技术研究　雷彦顺　（平煤集团公司八矿，河南平顶山４６７０１２）　摘要：介绍了平煤集团公司八矿在大倾角、Ｖ类围岩、三软煤层复合顶板巷道支护中，开发出的综合性支护新　技术及应用效果。　关键词：三软煤层；复合顶板；打孔卸压；锚网索支护　中图分类号：ＴＤ３５３．９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３～０５０６（２００６）０３—０００９—０２　平煤八矿己组煤属煤与瓦斯突出煤层，煤层松　松软，倾角大，易片帮，Ｖ类围岩强度较低，且节理发　软，且是复合顶板，Ｖ类围岩。随着开采深度的不断　增加，受地应力及冲击地压的影响，煤层及围岩在其　原始结构遭到破坏后迅速变形，成塑性状态，易片　育整体性差。经分析研究，确定巷道施工技术采用　台阶法施工，有效地控制巷道上帮的片帮问题。在　工作面和上帮煤壁打超前孔卸压，释放地应力和瓦　帮，掉顶，离层，底鼓。采用传统支护方式和施工工　艺都不适应。为解决支护难题和加快施工进度，确　斯应力，使巷道迎头和上帮应力峰值前移，以减少应　力影响的片帮问题。巷道全断面采用高强度锚杆＋　保安全生产，经多年研究和实践，围绕煤层结构应　力、瓦斯应力和顶板应力等方面开展试验工作，采取　打超前卸压孔、台阶法施工，全断面使用高强度锚杆　＋锚索等配套措施，成功地发展完善了一套综合性　支护新技术。该项技术在软煤层、Ｖ类围岩、复合顶　板巷道中应用，取得了良好的支护效果。　锚索组合支护，其中高强度锚杆以组合为主，旨在改　变顶板的失稳状态。组合后的顶板自身产生强度并　使其趋于可靠的整体性，使锚杆长度范围内的顶板　保持整体结构。同时两侧锚杆（包括顶锚杆及两帮　锚杆）通过倾斜布置还可以对围岩起到一定的悬吊　作用。锚索除了在顶板中布置外，在上帮每隔２　ｍ　１　地质条件及工程概况　己　１２１２０采面位于己二下延采区西翼，该面　运输巷走向长１　０３４　ｍ，回风巷走向长１　１２８　ｍ，切眼　长１６５　ｍ，巷道沿己　煤层掘进，运输巷埋深６８０　ｍ，　回风巷埋深６１０　ｍ，设计净宽４．０。ｍ，净高３．０　ｍ，煤　层平均厚３．２　ｍ，倾角３Ｏ～３２。，煤层ｆ＜０．８，Ｖ类围　布置一根垂直于煤壁的锚索，使之对围岩深部锚固，　从而产生强力悬吊作用　同时形成组合拱，沿巷道纵　轴线形成连续强支撑点，以大预紧力减缓顶板扩容。　锚索把已组合的顶板和潜在冒落范围内的岩层同其　周围稳定岩层区域联结起来，使相邻的锚杆、锚索作　用力相互叠加，组合生成一个岩梁。这个新的岩梁　厚度成倍增加，使顶板对煤帮的压力扩散到煤体深　部，片帮也会减少，既能及时保护好顶板完整，又可　以使围岩的破坏和变形得到有效控制。　２．２支护参数确定　岩。复合顶厚０．５～０．９　ｍ，夹有０．２～０．３　ｍ的煤　线，为灰色砂质泥岩与浅灰色细砂岩、粉岩互层，节　理发育；直接顶厚１２．６一ｌ５．７　ｍ，平均ｌ４．１５　ｍ，为　细砂岩，粉砂岩互层，ｆ＝３～４；直接底为灰色泥岩，　厚５～８．５　ｍ，平均厚６．７５　ｍ，属于典型的“三软”大　根据巷道的地质构造、服务年限、断面等条件，　依据组合拱理论计算，确定顶板选用长２　０００　ｍｍ、　倾角煤层。　２０　ｍｍ左旋全螺纹钢高强度锚杆（锚杆屈服强度　３８５　ＭＰａ，抗拉强度５６５　ＭＰａ）。每根锚杆用２卷　２　巷道支护机理及支护方案　２．１支护机理　Ｚ２３３５低粘度树脂药卷做锚固剂，托盘规格为（２ｊ１３０　ｍｍ×１０　ｍｍ，单根锚杆锚固力≥６３．７　ｋＮ，锚杆间排　距８００　ｍｍ×７００　ｍｍ，顶板铺设（２ｊ４　ｍｍ、４０　ｍｍ×４０　ｍｍ小眼孔冷拔丝钢筋网。锚索选用（２ｊ１５．２４　ｍｍ、　平煤八矿己，　煤巷支护的主要技术难度是煤层　收穑日期：２００６—０４—１０　作者简介：雷彦顺（１９６８一），男，河南平顶山人，助理工程师，１９９０　年毕业于徐州煤炭工业学校，现从事煤矿工程和技术管理工作。　长６　０００　ｍｍ的高强度低松驰钢绞线，每根用２卷　Ｋ２３３５和３卷Ｚ２３３５低粘度树脂药卷锚固，锚索五　・９・　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第３期　中州煤炭　总第１４１期　花型布置，间排距为２　４００　ｍｍ×２　８００　ｍｍ；帮锚索　长４　５００　ｍｍ，间距２　１００　ｍｍ，每根选用２卷Ｋ２３３５　和２卷Ｚ２３３５低粘度树脂药卷锚固，布置在顶板向　下１　５００　ｍｍ处。煤帮选用（２ｊ１８　ｍｍ、长２　０００　ｍｍ高　强度锚杆，锚杆间排距为７００　ｍｍ×７００　ｍｍ，每根使　用２卷Ｚ２３３５树脂药卷，铺设　４　ｍｍ、４０　ｍｍ×４０　ｍｍ冷拔丝钢筋网，锚网索支护后巷道净宽４．０　ｍ，　净高３．０　ｍ，支护断面如图１所示。　图１支护断面　２．３施工工艺要求　该工作面机风巷均采用Ｓ一１００掘进机，ＳＳＪ￣５０／　２×４５胶带输送机运输，顶板采用ＭＱＴ－７０型风动锚　杆机打眼，两煤帮用ＭＳＺ一１２Ｐ煤电钻打眼，用ＱＦＺ一　２２型钻机打卸压孔，巷道钻孔布置如图２所示。　２．４施工顺序　在工作面均匀布置８个超前卸压孔（图２），两　帮孔底控制到巷道轮廓线外４　ｍ，循环进尺５　ｍ，卸　压孔超前距保持５　ｍ。掘进过程中每隔１　ｍ都要在　上煤帮中部，上仰２０。，向工作面方向前迎３０。，打一　个　８９　ｍｍ、深５　ｍ的卸压孔，及时释放围岩应力，　并使巷帮集中应力峰值向煤体深部转移，以解决大　倾角巷道应力集中对顶板的破坏和上帮片帮问题。　３　围岩收敛变形测量　每隔４０　ｍ在巷道顶板安设一组离层监测仪，每　隔１００　ｍ设置一个测站，采用十字法布置测点，对巷　道进行围岩表面位移观测。设专人观测围岩变形数　据，每个断面设点距掘进工作面１０　ｍ，取回风巷３　个测点实测数据，经整理取平均值。　测试数据表明，巷道掘进期间上帮收敛量为７５　・１０．　ｍｍ，下帮收敛量为９　ｍｍ，顶板下沉量为３０　ｍｍ。由　图３可以看出，巷道掘进３０　ｄ后，顶板及两帮的围　岩变形都趋向稳定，说明施工中采取的支护手段合　理有效。该支护效果优于架棚等其他支护效果，高　强度锚杆＋锚索支护大倾角、“三软”煤层复合顶板　巷道的效果，优于顶板采用普通螺纹钢、巷帮使用管　缝锚杆支护。　（ａ）剖面　平面　图２　卸压孔布置　Ⅲ／蛔　图３两帮收敛变形及顶板下沉变形曲线　４支护技术应用效果　（１）该项技术解决了平煤八矿复合顶板、Ｖ类　围岩巷道的支护难题，做到了一次成巷，减少维修工　作，加快了施工进度，减轻了采掘工人劳动强度。尤　其在回采时，减少了超前替棚和回撤支架等工作量，　简化了工艺流程，提高了劳动效率，为高产高效生产　打下了坚实的基础。　（２）使用全断面高强度锚杆与锚索支护，工程　质量优良，杜绝了顶板事故，促进了矿井安全生产。　（３）该项技术的成功应用，拓宽了锚杆支护应　用范围，将使平煤八矿每年多增加约６　０００　ｍ锚杆　巷道进尺，与钢棚支护相比，每年节约材料费、人工　运料费、巷道维修费等约８８９．２４万元。由于提高单　进，确保采掘接替，简化了　（下转第５Ｏ页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第３期　中州煤炭　总第１４１期　ｍ，两侧各３７０　ｍｍ的砖坯，之间用１：２：２（水泥：　碎棉丝２５　ｍ　，速凝剂４．０５　ｔ。剩余水量０．０２　ｍ　／　ｍｉｎ，实际堵水９９％以上，取得了较好的效果。　沙子：石子）的混凝土进行浇筑。②墙体四周均需　在煤岩体中掏槽，煤体掏槽深度为１．５　ｍ，岩体中掏　槽深度为０．５　ｍ。③在墙体顶部及两侧与煤岩体交　接处需预铺注浆管路，间距为１—２　ｍ。墙体建成４８　ｈ后，需对墙体进行注浆，充填交接处裂隙，加固墙　６　注浆堵水过程中的体会　（１）煤层中建水闸墙，一般认为由于水泥和煤　壁不亲合，易产生裂隙，且不坚固。但经本次堵水试　体，注浆压力要在１．０　ＭＰａ以上。④在１　、３　墙体底　验，认为只要设计合理，煤帮掏槽满足要求，煤体中　板各预留一趟　１０１．６　ｍｍ泄水管路，安上水门；在　建水闸墙是能够满足封堵隔离要求的。　５　墙体顶部预留一趟（２ｊ１０１．６　ｍｍ注浆管，并将注浆　（２）本次水闸墙施工时，由于注浆加固未达到　管路接至突水点最高处。在墙体外侧安装阀门，便　设计要求，造成个别水闸墙四壁存在裂隙漏水。为　于关闭注浆管路及回收注浆管。　减少注浆时浆液漏失量，采用了棉丝充填裂隙、速干　５注浆堵水方法和步骤　水泥抹面堵漏、背板加固阻隔水泥浆液流失等方法，　在连续注浆中取得了很好的效果。　注浆站建立在铁西煤矿井口附近，标高＋２０５　（３）本次注浆堵水由于注浆管路长，拐弯多，在　ｍ，注浆管路采用　５０．８　ｍｍ无缝钢管输送浆液，全　注浆过程中又添加了锯末及碎棉丝，易造成堵塞注　长３６０　ｍ，井上及井筒１４０　ｍ，井下２２０　ｍ，中间有７　浆管现象。可采取调整浆液浓度、添加剂比例及间　处弯头，距离长，拐弯多，给本次注浆带来一定困难。　歇注水清洗注浆管路等方法，避免注浆管堵塞。　另外在水闸墙施工尚未完全注浆加固时，突水量突　（４）在间歇注浆时，要加强注浆前和注浆后的　然增大，导致１　、２　、３　水闸墙施工质量未达到设计　注水清洗管路工作。注水清洗时间视注浆管路容积　要求，漏水严重，从而理想静水状态下注浆环境遭到　而定，要保证管路畅通。注浆后期应采用连续注浆　破坏，给堵水带来一定难度。为确保注浆堵水成功，　方式至注浆结束。　采川连续注浆和间歇注浆相结合的方法，高浓度浆　液配锯末及碎棉丝，并添加速凝剂加快水泥凝固速　参考文献：　度，使水泥快速在封闭区凝固，充填封闭出水区间，　［１］　中国煤矿防治水技术经验汇编．北京：煤炭工业出版社，　封堵突水点，最终达到堵水目的。　１９９８．　本次堵水历时４０　ｄ，共注水泥８１０．６　ｔ，锯末及　（责任编辑：秦爱新）　（上接第１０页）　回采工艺，提高了劳动效率，使原　钢度较大的冷拔丝网，加强护帮，使高、软煤帮保持　煤年产量提高了２０％一３０％，创间接效益６０００—　稳定。　７　０００万元。　参考文献：．　５　结语　［１］　张铁岗．矿井瓦斯综合治理技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版　（１）利用组合理论及综合技术，科学选择锚杆、　社．２００１．　锚索支护参数，从而提高了大倾角、大断面、“三软”　［２］薛顺勋，聂光国，姜光杰等．软岩巷道支护技术指南［Ｍ］．北　京：煤炭工业出版社，２ｏｏ２．　复合顶板煤层巷道锚杆、锚索支护的安全可靠性，达　【３］　曲永新．煤矿软岩巷道稳定性和规律性【ｊ］．煤炭科学技术．　到一次成巷，为推广应用锚杆支护提供了新途径。　１９８６．　（２）在掘进工作面及巷道上帮施工卸压孔，既　［４］侯朝炯，郭励生．煤巷锚杆支护［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，　释放了瓦斯压力，又使巷帮集中应力峰值向煤体深　１９９９．　部转移，避免了巷道上尖角集中应力对顶板的破坏，　［５］　王继良．矿井支护技术手册［Ｍ］．南京：江苏科学技术出版　社．１９９１．　保证了工作面及后方巷道的稳定和安全。控制住了　［６］　袁和生．煤矿巷道锚喷支护技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版　顶板冒落及片帮，为锚杆支护创造了安全环境。　社，１９９７．　（３）采用台阶施工有效地控制了巷道上煤帮　（责任编辑：秦爱新）　４．２　ｍ的片帮，杜绝了事故的发生。高强度锚杆和　．５０．