软岩回采巷道

软岩回采巷道（共7篇）

软岩回采巷道 篇1

引言:软岩巷道支护是当今世界地下工程中一项复杂而重要的技术问题。我国软岩普遍存在, 其中以东北、内蒙最突出, 内蒙煤矿软岩巷道占岩巷的90%, 东北占60%。据统计, 我国目前煤炭开采每年开巷掘进大约每年6000km, 其中软岩巷道约占600km。随着采深增加, 这类巷道的维护问题将越来越突出, 因此, 寻求一种有效的支护方法具有重要意义。安全、合理、有效的巷道支护是保证矿井实现高产高效的必要条件, 也是提高经济效益的必要手段。

1 回采巷道锚网索耦合支护特征

锚网索注耦合支护就是针对软岩巷道围岩由于塑性大变形而产生的变形不协调部位, 通过锚、注、网-围岩以及锚索-关键部位支护的耦合而使其变形协调, 从而限制围岩产生有害的变形破坏, 实现支护一体化、载荷均匀化, 达到巷道稳定的目的。在整个支护体系中, 锚杆、网、锚索的作用不同。锚杆通过与围岩的相互作用, 起着主导承载作用, 同时能够防止围岩的松动破坏, 并有一定的伸缩性, 可随巷道的变形, 而不失去支护能力。网的主要作用是将支护材料联成一体, 并阻止锚杆间的破碎岩石冒落, 使支护的整体性得到提高。锚索由于锚固深度大, 可将浅部松动的岩层锚固在深部稳定岩层中, 并且可施加预紧力, 使围岩得到主动支护, 从而充分发挥巷道深部围岩的强度。

1.1 回采巷道锚网索耦合支护的基本特征。

1.1.1 强度耦合。

软岩巷道支护中, 具有一定强度的支护形式是必要的, 但支护强度不是万能的, 因为巷道围岩内部存在着强大的变形能量, 支护体的强度不可能抵抗围岩的巨大能量, 很难保证巷道的稳定, 实现良好的支护效果。所以, 在巷道开挖过程中, 选择有利于巷道自身承载能力的方式, 支护时, 通过耦合支护使围岩自身的能量得到释放, 保证软岩巷道关键部位不对支护体产生破坏。与此同时, 锚杆、锚索等支护体可以改善围岩应力状态, 使巷道浅部松软围岩得到保护。

1.1.2 刚度耦合。

松软巷道围岩的破坏原因是多方面的, 但主要是围岩变形具有不协调造成的, 支护效果好的支护体具有充分的柔度, 预留给松软围岩一定的变形量, 防止围岩内部能量积聚而引起巨大变形破坏;同时, 支护体应具有足够刚度的良好性能, 既可以保证围岩自身的承载强度, 又可以达到控制围岩变形破坏的目的。

1.1.3 结构耦合。

巷道围岩内部具有多个结构面, 其对围岩稳定性极其不利, 通过耦合支护将其局部修复, 使围岩变形更连续, 避免局部变形破坏波及扩大到所有支护体, 实现良好支护效果。

1.2 回采巷道锚网索耦合支护原理。

在软岩巷道支护体系中, 锚网索注耦合支护原理主要涉及:锚杆与围岩之间的耦合, 锚索、浆液与围岩间的耦合, 锚网与围岩之间的耦合。

1.2.1 锚杆-围岩耦合支护原理:

当锚杆锚入浅部围岩后, 锚杆与浅部围岩间相互作用, 导致软岩巷道浅部围岩的受力状态再次改变。锚杆对岩体的加固作用机理比较复杂。主要表现在: (1) 提高围岩的整体刚度, 增强了围岩的抗变形能力, 加强了岩体的整体性。 (2) 如果能深入到围岩的稳定岩层是, 主要起悬吊作用。 (3) 锚杆的组合梁作用。 (4) 使围岩处于三向受力状态, 提高了围岩的承载能力。

由于巷道开挖, 顶板岩体要向下移动、变形, 下部岩体和上部岩体的变形程度有所不同, 锚入锚杆后, 使岩体整体的刚度增大了, 岩体变形更加协调, 下部岩体比上部岩体变形量要大, 所以锚杆受到拉应力。在耦合支护时, 围岩与锚杆在刚度上相差两个数量级时, 锚杆调动岩体强度范围远远超过传统界限。所以要求在进行锚杆支护设计时, 首先应考虑锚杆与围岩的耦合。

1.2.2 锚网-围岩耦合支护原理:

锚网与围岩的耦合作用直接影响巷道支护效果, 锚网支护不管过强还是过弱, 均会造成围岩局部应力集中而导致巷道变形和破坏。锚网与围岩的强度、刚度一旦耦合, 围岩的变形就比较协调。实现锚网与围岩耦合的特征是巷道围岩在变形过程中, 应力集中区向低应力区转移和扩散, 最终实现围岩应力均匀化和一体化。

2 软岩回采巷道锚网索支护作用分析

2.1 锚杆的支护作用。

锚杆锚入巷道浅部围岩后, 使围岩自身的力学状态发生了一定程度的改变, 使围岩的强度得到提高, 进而在巷道浅部围岩中形成一个稳定的承载圈, 围岩在锚杆与围岩的共同作用下实现巷道围岩的稳定性。

2.1.1 悬吊作用:

回采巷道沿煤层掘进, 巷道开挖后, 直接顶板将出现弯曲等变形, 与上方坚硬顶板脱离, 且容易垮落影响巷道稳定, 假如及时将锚杆锚入老顶, 并具有一定得预紧力, 那么直接顶将和老顶产生挤压, 起到有效地悬吊作用, 从而可以减小和限制直接顶板的下沉变形, 实现良好支护效果。

2.1.2 组合岩层作用:

顶板岩层若由若干层状薄岩体中构成, 锚入顶板中的锚杆可以使各薄岩层间的摩擦力增大, 阻止岩石沿层面滑动, 以免岩层出现离层;同时, 锚杆杆体能使各岩层间的抗剪强度增大, 一定程度上可以防止岩层间产生水平滑动。所以, 巷道顶板锚固范围内, 锚杆将若干个薄岩层组合成一个较厚的岩层。通过锚杆组合后的厚岩层可以承受上覆岩层更大的载荷, 所以其最大弯曲应变和应力在一定程度上都将降低, 形成的组合梁结构的挠度也会减小, 而且组合梁厚度越大, 梁内的最大应力、应变和梁的挠度就会越小。

2.1.3 约束作用:

巷道布置在岩层中受到应力影响, 顶底板岩层在最大主应力作用下容易发生剪切破坏, 导致围岩岩块产生松动与错动, 进而引起顶底板膨胀变形, 造成巷道围岩变形破坏, 因此, 锚入围岩中高强度、高刚度、抗剪阻力大的预应力锚杆, 不仅可以约束围岩沿轴向岩层膨胀变形, 而且还能约束垂直于轴向的岩层剪切错动, 故锚杆的约束作用对巷道围岩稳定具有重要意义。

2.2 金属网支护作用。

锚杆、锚索与金属网联合支护称作锚网索支护。锚网索支护主要适用于:岩 (煤) 体强度较低、节理裂隙发育、围岩压力大的巷道。金属网支护的主要作用是:金属网网孔较小, 能较好地阻挡巷道表面松散破碎岩石, 防止巷道顶板岩块脱落和两帮片帮;金属网将锚杆、锚索联结在一起, 从而提高了锚杆、锚索支护的整体效果, 使抵抗锚杆间松散破碎岩块的碎胀压力增大, 支护对围岩的支撑能力得到提高;在喷射混凝土时, 金属网可以提高柔性, 防止喷射混凝土开裂掉块。

2.3 锚索的支护作用。

锚索支护技术主要是将一定长度的低松弛高强度的钢绞线配以专用锚具, 用树脂或砂浆对其锚固, 通过液压千斤顶在锚索尾部施加预应力, 实现对巷道锚固支护的一项技术。在围岩松动圈大、节理裂隙发育、顶板松散破碎及伪顶厚度大等巷道支护中, 由于锚杆是刚性支护体, 井巷工程施工过程中受空间和机具限制, 所以锚杆锚固范围内形成的组合梁厚度不会太大, 仅靠锚杆组合作用形成的组合梁的承载作用很难承受较大压力。但是, 锚索是柔性支护体, 其长度不受空间限制, 可以穿过围岩松动圈将其锚固在顶板深部, 由于锚索支护给巷道顶板的高预紧力和自身的高承载力, 使顶板由锚杆支护形成的组合梁厚度加大, 强度增大, 而且使其悬吊在深部岩层中。除此, 锚索还具有优点: (1) 锚索具有良好的可缩性, 对松软及膨胀性煤岩体的大变形适应性较强。 (2) 锚索由长度优势, 巷道开完后围岩释放的载荷可以通过锚索转移到深部围岩中, 能更好地控制围岩浅部变形。 (3) 锚索柔性较好, 能抵抗较大的抗剪及抗弯变形。

3 注浆加固作用分析

3.1 网络骨架作用。

巷道破碎围岩在注浆加固时, 浆液在泵压及裂隙的作用下挤压或渗透到巷道破碎围岩体的各个微小裂隙中去, 浆液凝固后, 以固体的形式充满裂隙并与围岩粘结在一起, 这些充填的材料在岩体内形成一套网络状的骨架结构。并且注浆后的围岩内增添了由注浆加固材料构成的浆脉, 而且浆脉在岩体中呈片状或条状, 但厚薄程度不一。网络骨架内部则是均匀密实的岩体, 形成网络骨架的注浆材料具有较好的弹-粘性和粘结强度。

3.2 粘结补强作用。

粘结补强作用可采用莫尔强度理论进行分析。巷道一旦开挖, 原岩体中应力发生改变, 其平衡状态遭到破坏, 围岩应力重新分布, 工作面周围边径向应力消失, 切向应力增大, 而出现应力集中现象。通过注浆, 加固此区域内的松散破碎岩体, 提高破碎围岩强度, 进而使莫尔圆与强度包络线距离更远, 达到巷道围岩稳定效果。注浆使岩体裂隙胶结起来, 除内聚力变化外, 岩体的裂隙参数也有不同程度变化。注浆对围岩不仅影响岩体强度, 而且岩体内聚力值有大幅度增加。

3.3 充填密实作用。

注浆浆液在注浆泵提供的压力作用下, 浆液在岩体裂隙中流动, 使岩体裂隙得到充填, 而且在高泵压作用下, 浆液不断地挤压裂隙, 把充填不充分或密闭的裂隙压实, 进而对岩体起到整体压密作用。

3.4 破坏机制转变作用。

当很大的裂隙产生在岩体中, 裂隙边缘处的岩体单元受双向应力作用, 注浆加固材料充填裂隙后, 岩体单元应力将发生变化, 此时单元三向受力。三向受力状态下岩石的强度极限远大于在双向或单向时的强度极限, 而且减弱了岩石的脆性, 增强了其塑性。所以说, 注浆加固作用使其破坏机制发生转换。

3.5 改善岩层赋存环境。

巷道中水和空气对巷道围岩力学性质影响很大, 当浆液被注入到破碎巷道围岩中, 浆液固结后使围岩裂隙封闭, 能有效阻止水气通过裂隙进入岩体内部, 减少水和空气对围岩力学性质影响, 保持巷道长期稳定性具有重大意义。

4 结论

科学的进步及其不断的开采实践和理论研究, 使得围岩工程控制理论取得了长足发展, 巷道支护形式也随之发生了重大变化。支护理念由被动支护变为主动支护, 巷道的支护已由传统的棚式支护向锚杆、锚索支护转变, 支护手段由单一支护向联合支护发展, 从而改善了巷道的支护状况。软岩巷道支护是当今世界地下工程中一项复杂而重要的技术问题。锚网索注耦合支护就是针对软岩巷道围岩由于塑性大变形而产生的变形不协调部位, 通过锚、注、网-围岩以及锚索-关键部位支护的耦合而使其变形协调, 从而限制围岩产生有害的变形破坏, 实现支护一体化、载荷均匀化, 达到巷道稳定的目的。

摘要：随着时代的发展、科学的进步及其不断的开采实践和理论研究, 围岩工程控制理论取得了长足发展, 巷道支护形式也随之发生了重大变化, 支护理念由被动支护变为主动支护, 巷道的支护已由传统的棚式支护向锚杆、锚索支护转变, 支护手段由单一支护向联合支护发展, 从而改善了巷道的支护状况。锚杆、锚索支护是当今各种地下工程的一种新型先进的支护形式。

关键词：回采巷道,巷道支护,耦合

参考文献

[1]张海荧.锚杆在不同软岩条件下的应用[J].矿山压力与顶板管理, 1996 (4) .

[2]韩永民.锚杆支护——一项复杂的技术[J].内蒙古煤炭经济, 1996 (2) .

软岩回采巷道 篇2

1 工程概况

雁南煤矿设计能力为3.00Mt/a, 自2005年投产至今开采北二采区, 井下标高为+350m, 现回采27煤层。27煤层属于中厚煤层, 最大厚度6.91m, 最小3.69m, 平均煤厚5.85m;本区域27层的伪顶为1.50m厚的泥岩, 固结性较好、较硬, 遇水膨胀变松软;老顶为砂页岩, 直接顶为9.36m厚的灰白色粗粒砂岩, 并部分有含水, 固结性差, 孔隙度小, 强度低, 较松散;直接底为3.7m厚的灰色泥岩, 有时还有一层0.5m煤厚的无名煤, 黏结性差, 极易松散, 遇水泥化;煤层倾角变化较大, 西部煤层倾角较小, 最小为6°, 东部煤层倾角较大, 最大为24°。二区段采煤工作面回风顺槽, 主要用途是行人、通风。巷道断面为矩形, 巷道净高、净宽为2.8×3.3m, 支护形式为锚、网、索联合支护, 采用综掘机沿煤层底板施工。

截至2013年10月份先后回采9个工作面, 这9个工作面在掘进和回采过程中巷道变形严重, 底鼓量增大, 被迫起底翻修, 单条巷道同一位置累计底鼓高度达3.65m, 严重制约矿井的安全生产。

2 底鼓原因分析

2.1 回采超前支承应力的影响

回采期间, 采动波及的范围最大影响到工作面前方100m, 见图1所示。顶底板的相对移近量从工作面前方约10~20m处开始明显增大, 顶底板移近量速度最大达500mm/d, 两帮移近速度最大达到150mm/d, 顶底板相对移近量、速度明显大于两帮相对移近量。巷道受采动影响时, 经定期观测顶底板移近量最大1200mm, 两帮最大移近量为580mm, 底板移近量明显大于两帮移近量。

2.2 回采超前支撑应力和侧向支撑压力的双重影响

上区段回采结束后, 其底板岩层全部遭到破坏, 本区段采空侧的巷道底板水平应力被释放, 而且巷道本身就在上区段煤柱集中应力区, 掘进期间应力就有所体现, 在采煤工作面回采期间, 遭受到超前支撑压力和区段煤柱集中应力双重影响, 回风巷在采空区底板产生大量的底鼓。27-2工作面经实际测量超前支承压力影响范围是5~80m, 应力集中系数为3.5, 回风巷在采动作用下, 尤其在超前支护范围内, 造成巷道底鼓量迅速增大, 如图2所示。

2.3 区段保护煤柱宽度的影响

雁南煤矿留设的区段保护煤柱宽度为从10m逐渐增加到30m, 不同的区段保护煤柱, 巷道底鼓量也有不同的变化, 如图3所示。分析原因主要是工作面回采时顶板岩层冒落汇同上区段采空区冒落的影响, 使区段保护煤柱压碎, 造成煤柱承载能力变小, 而工作面硬帮实体煤承载能力则很大, 所产生的高支撑应力通过煤体传递到巷道底板而造成巷道底板的不稳定。随着留设煤柱宽度的增加, 煤柱承载能力的逐渐增强, 向底板传递更多的应力, 造成巷道底鼓显著。这一现象, 在区段保护煤柱宽度达到15m时, 巷道底鼓量达到峰值, 但随着区段保护煤柱继续增大, 巷道底鼓量逐渐下降。当煤柱宽度达到25m以上时, 巷道应力明显降低, 巷道底鼓基本上不明显, 底鼓量变化曲线与区段保护煤柱的应力分布曲线基本相吻合。

2.4 巷道底煤留设厚度的影响

为保护回采工作面的正常回采, 回风巷下帮留底煤500mm, 在煤层倾角12°以上时, 回风巷中心线至上帮, 底板揭露底板泥岩, 在回采时受超前支承应力的影响, 巷道底鼓严重, 底煤在1m以上时, 巷道底鼓量不明显。

2.5 巷道断面大小的影响。

在巷道掘进时, 原岩应力重新分布, 势必会沿着最薄弱的一面进行释放。在煤巷中, 如果巷道底板是泥岩, 巷道出现半封闭状态 (即三硬一软) 应力几乎全部由底板释放。在这种情况下, 巷道断面越宽则巷道底鼓越加明显。

2.6 受水平主应力的影响

经测定, 我矿最大主应力为水平应力, 最大水平主应力方向与回采巷道基本呈40°-55°夹角。根据最大水平应力理论, 巷道周围岩休由于强烈的水平应力而发生脆性破坏。在水平构造应力下, 回风巷两帮挤出, 同时巷道底鼓, 这两种破坏形式几乎是同步的。并且巷道底鼓偏向上帮, 这也与最大水平应力理论相符。

3 底鼓控制技术

西翼27煤层回风巷在复杂应力影响下巷道底鼓严重, 这就需要投入力量进行翻修处理, 最重要的是影响正常的采掘接续, 同样也给安全造成很大阻碍。在这种情况下, 雁南煤矿采取了多种措施, 效果很好。

⑴打设45°护底角锚杆和底板锚杆, 应对超前支承应力和侧向应力的影响。

回风顺槽巷道两侧及底板岩层在多重应力影响下, 按照一定的倾斜角度向巷道挤压鼓起, 为此, 为控制底鼓, 采取了在巷道底角、和底鼓侧的底板打设锚杆控制底鼓, 阻止底角岩层向巷道内鼓起。

具体是采用φ18mm×2500mm等强锚杆, 每排打设4根锚杆, 位于巷道两帮距巷道底板向上300mm位置倾斜45°分别打设一根;同不底鼓侧底板距帮400mm加打一根45°锚杆, 在底鼓侧巷道底板距帮400mm和800mm位置垂直于底板分别打设一根锚杆, 如图4所示。

⑵加强帮部支护, 应对最大水平主应力的影响治底先治帮。结合西翼27煤层二区段回风巷实际情况, 使用φ15.24mm×7000mm锚索配合钢带使用, 加强上帮支护形式能够很好控制巷帮位移, 起到良好支护效果, 底鼓量也大大减小。

⑶施工巷道时增加底煤留设厚度, 进而提高底板强度可以有效控制巷道底鼓。当煤层起伏较大时, 应及时调整层位, 确保底板煤留设厚度。

⑷在雁南煤矿现有条件下, 只能通过增加区段保护煤柱宽度来应对区段保护煤柱集中应力的影响。

4. 结语

水平构造应力、采动应力、煤柱宽度、底煤留设厚度、巷道施工断面大小等因素是导致西翼27煤层二区段回风巷底鼓产生的原因。

⑴当巷道受采动影响和区段煤柱集中应力的双重影响时, 巷道发生底鼓现象明显。

⑵巷道底鼓取决于底板岩层的硬度, 尤其在底板是软岩且底煤留设厚度少的情况下, 巷道底鼓现象明显。

⑶巷道底鼓取决于区段保护煤柱的宽度, 尽可能采用无煤柱的沿空留巷等先进方法, 在煤体破碎不适用的情况下, 尽可能增加煤柱宽度, 使巷道避开区段煤柱集中应力区。

⑷治底先治帮, 两帮控制住了, 治理底板也就有明显效果了, 且在满足安全生产要求的情况下, 尽可能减少巷道跨度, 能有效地防止底鼓。

⑸加强支护强度, 对于变形较大的巷道, 宜采用高预紧力、高强度、高刚度锚杆联合支护, 第一次就有效控制围岩变形与破坏, 避免二次支护和巷道维修, 防止巷道周围形成巨大的松动圈。

回采巷道底鼓的原因有很多, 这就需要我们不断地分析原因, 总结经验, 找出导致底鼓的主要原因, 采取有效措施控制好巷道底鼓, 以取得较好的技术经济效果。

参考文献

软岩巷道修护技术 篇3

关键词：软岩,U型棚,复合支护,修护

1 前言

岱河矿Ⅲ2运输石门是软岩巷道, 确定合理的支护形式是解决支护的难题。经过多次修护都没有达到预期的效果，采用U型支架喷射纤维混凝土组合支护形式，这种支架在原金属支架的基础上，增加了外包纤维增强混凝土（ECC），大幅度提高了原U型金属支架的承载力和稳定性。取得理想的效果，很好的解决软岩巷道支护问题，可以推广应用。

2 巷道现状

岱河矿Ⅲ2采区位于岱河煤矿东北部官庄向斜-325和-335m以下，最低标高-435m。其东北部为Ⅱ8采区；南部及西部为Ⅱ4、Ⅱ6采区；深部为Ⅲ2扩采区。南北长约1200m，东西长约800m，面积为96万平方米，标高+32.0～33.9m。Ⅲ2采区中央布置三条下山，两翼开采，三条下山在五煤层底板12～40m的岩石里，五煤底板砂岩含水丰富，对施工支护不影响。三条下山为轨道下山及石门，运输下山及石门和人行下山及石门平行布置，运输下山及石门在中间，距Ⅲ2轨道石门18m (平距) ，距Ⅲ2人行石门43m (平距) 。

Ⅲ2运输石门为砂质泥岩或泥岩，块状较破碎，在五二煤底板28-32m处，属于软岩巷道，原为锚喷支护，断面形状为3.2m宽，2.9m高半圆拱形，锚杆为覫16×1500金属罗纹钢，采用一卷水泥锚固剂端头锚固。在上面工作面回采影响下都有不同程度损坏变形，经喷浆、挂网打锚杆、挂网和钢带打锚杆喷浆等一种或多种形式多次修护。Ⅲ2运输下山及石门最近三次修护分别在2007.10月, 2008.4月，2008.7月，采用挂网和钢带打锚杆喷浆，锚杆为覫18×2000金属罗纹钢，采用二卷Z2550#树脂锚固剂端头锚固，3.6m长的M型钢带配合金属网，再喷砼。到2008年9月12日Ⅲ427工作面收缩后巷道断面2.5m宽1.8m高，形状不规则且损害严重，多处坠网，安全隐患大，不能满足生产需要，必须进行修护。

3 支护施工工艺

首先对巷道进行放炮刷大，炮眼角度、眼距及装药量要根据巷道围岩状况及时调整，防止超挖超宽。刷大到合格毛断面后，按激光给定的中腰线架设“U”型钢拱形可缩棚，使用新型限位卡缆进行卡固，棚与棚之间用拉杆在卡缆处用螺丝连接，形成连接棚，帮顶铺设菱形金属网。

在支架及金属网的掩护下，用锚杆钻机打眼注胶进行安装锚带。帮顶围岩破碎超挖处可用铁笆，水泥背板或矸石腰帮充填。

对已打上锚带网护顶的“U”型钢拱形可缩棚喷射已掺入聚炳稀纤维的混凝土进行全封闭加固。掺入的聚炳稀纤维可提高混凝土的抗拉强度，从而大大提高支护系统的整体刚度。

施工过程中，由于喷射混凝土无法到达U型支架后部的空间，拟用流动性好的水泥砂浆将U型支架的后部空间注满填实，确保U型支架受力均匀，充分发挥其承载能力。在U型支架之间无受力混凝土的部位也应喷射100mm厚纤维混凝土，这样可以将整个支护结构连成一个整体，并且可以防止巷道顶部和侧帮岩石的风化和崩落。

Ⅲ2运输石门，经过挑顶刷帮后采用U型支架喷射纤维混凝土组合支护形式，将纤维混凝土包裹在U型支架周围，使得混凝土和金属支架共同承受围岩压力。混凝土的约束可使组合结构的刚度大大增强，可保证U型支架充分发挥其优越的材料性能，防止过早因失稳而丧失承载能力。

4 支护效果

Ⅲ2运输石门喷射混凝土和U型支架复合支护后到2010年6月, 巷道基本没有变化, 在未采用此种支护方式前一年至少修护2-3次, 根据现在巷道的状况最少3-5年不需要大修.纤维混凝土-钢组合支架的承载力比没有纤维混凝土约束的U型支架提高3.6倍，且施工工艺简单，与传统的喷射混凝土相比，纤维混凝土回弹量少，节约材料。由于纤维混凝土比普通混凝土的变形能力大，不易开裂冒顶，耐久性好，施工工艺与金属支架喷射普通混凝土没有特别的区别，不需要新的施工设备、施工技术，因此不增加施工难度，具有较大的开发应用价值，纤维混凝土-钢组合支架可应用于高压软岩巷道的支护。

5 经济与社会效益分析

Ⅲ2运输石门巷道，经过挑顶刷帮后采用U型支架喷射纤维混凝土组合支护形式，结合锚网主动支撑围岩的作用加强U支架的支护效果。一年巷道基本无变形。由于采用架设“U”型钢拱形可缩棚配合锚带网主动支护，并喷射掺入聚炳稀纤维的混凝土增强支护，发挥了各支护单元的支护特长，从而提高支护系统的整体抗压强度。邻近块段虽有Ⅲ427工作面回采，但目前巷道状况稳定，修复后的巷道断面由原来的5.7平方米增大到8.8平方米以上，完全满足了运输、检修、行人的需要，达到了设计要求。根据相关统计数据，按照一年至少修护三次，每百米巷道可以节省材料费约22万元，人工12万元，一年共节约34万元，按照一年修复1000m巷道计算的话，一年节约340万元以上，此巷道还需要服务10年，如果考虑影响出煤及安全效益，综合效益将更加显著。纤维混凝土-钢组合支架可应用于高压软岩巷道的支护。其产生的良好安全、经济及社会效益将在淮北矿业集团乃至全国起到推广作用。

参考文献

[1]钱鸣高, 刘听成, 矿山压力与岩层控制[M], 徐州:中国矿业大学出版社.2003.

[2]蒋金泉, 韩继胜, 石永奎, 巷道围岩结构稳定性与控制设计[M], 北京:煤炭工业出版社.1998.

软岩巷道支护实践 篇4

荣华立井2009年开始施工井底车场巷道及东主运。至今五年来在软岩巷道的支护形式和维修处理上曾采用过多种形式和结构。但由于软岩地层构造和物理力学性质较为复杂。很难总结出适合软岩地压和地应力发展规律的技术可靠、经济合理的支护方式。从支护设计上仍限于采取顺应对策, 只能是在施工和试验中不断探索, 在发展中继续研究。以觅求更为经济技术合理、操作工艺简单, 便于维修处理的最优软岩支护方式。

1 荣华立井软岩特性

荣华立井井底车场巷道岩性以页岩、砂质泥页、灰砂泥岩为主, 它们的共性是孔隙率和含水率均较高, 且单向抗压强度又极低, 所以表现在整体岩层上自然是岩体胶结程度差, 通常呈破碎和松散状态。巷道开挖后极易发生掉块、冒落:在施工方法上只能短掘短支。其次是泥岩具有较大的膨胀性:泥岩的塑性指数都比较高 (>20%) , 在土力学中划分粘土和砂质粘土的标准是:塑性指数>17%时属于粘土。事实上这些泥岩基本上是粘土矿物组成, 不同的是其化学成分与粘土的化学成分截然不同———粘土主要是由水理性质极稳定的氧化硅、铝等成分组成。而软岩中的泥岩则由高岭土、蒙脱石、伊利石等组成。这些矿物本身具有较强的吸水性, 并在吸水后急剧膨胀, 从而在巷道揭露后会在不同程度的吸潮环境中产生不等的膨胀压力。泥岩崩解时的吸水率高达44.6%~144%。同时又不可能在巷道揭露后的短期内全部完成, 这就造成了对巷道压力的持续性, 致使软岩巷道支护需要相当长的稳定时间。

破岩方式:在松软岩层掘进巷道, 破岩方法最好以不破坏或少破坏巷遭围岩为原则。若打眼放炮破岩, 应采用光面爆破。在难以控制的围岩中掘进, 一般采用风镐掘进法, 有时只放开心炮, 未爆下来的岩石按设计轮廓线用风镐、手镐挑顶刷帮成形。为了防止由于巷道围岩变形而影响巷道断面尺寸, 可使巷道两帮比设计宽度各增加200mm, 顶、底也外扩200mm, 每日两掘一喷, 班进1.0m, 日进尺2.0m。

2 荣华立井软岩巷道的不同支护形式

实践证明, 软岩巷道一般情况下具有初期变形速度快, 变形量大蠕变延续时间较长这一基本规律, 因而巷道开挖后表现为来压快、压力大, 巷道一次支护成功率低。

经过多年的施工实践和教训, 对软岩支护曾采取多种形式, 最终的设计指导思想仍是“因岩制宜”, 在刚性, 柔性和联合支护几个大题目中做自己的小文章, 其中既有成功的经验, 也不泛失败的教训。

2.1 锚喷支护

为适应软岩巷道围岩松散、膨胀、流变等特性, 同时克服巷道一次支护成功率低以及提高软岩巷道施工机械化程度为目的, 巷道成形后用混凝土初喷以封闭围岩, 然后打锚杆眼并打人锚杆, 待巷道收敛量达到限值时进行二次喷射混凝土。采用标准缝管式锚杆MF43/1600, 一次全长锚固、承载能力大。喷射混凝土是将水泥:砂子:石子=1:2:2.8的配合比和3%的速凝剂混合搅拌均匀, 装入喷射机, 以压缩空气为动力。沿管路吹送至喷头处与水混合, 并以较高的速度喷射在岩面。其作用是加固与防止风化, 改善围岩应力状态。柔性支护结构, 组合拱顶。喷厚150~200mm, 混凝土标号250#。

2.2 锚喷网支护 (图1)

巷道拱部掘出后, 应立即站在矸石堆上打顶部锚杆眼, 打锚杆的同时带挂装钢筋网, 锚杆采用管缝武锚杆。间距600×600mm, 锚杆均按巷道轮廓线的法线方向布置。钢筋网由φ8mm钢筋做成, 网格100×100mm, 每片规格1.0×1.8m, 施工时搭接200mm。为了有效地控制围岩变形, 使一次支护具有较大的承载能力, 每隔1.0m挂3mm×200mm×1000mm钢板带, 然后喷射混凝土, 厚度l00~150mm。在二次支护之前, 可能有局部地段的喷厚和钢板带被压坏需要重新整理, 然后进行二次喷射混凝土。喷射漏凝土总厚度一般在200mm左右。二次支护的时间一般在三个月以后, 最好通过测量围岩的位移速度和位移量来确定。

2.3 可缩性U型钢拱形金属支架支护 (图2)

U型钢为25kg/m普通矿用钢, 每架棚子由三个基本构件组成, 一根曲率为R的弧形顶梁和两根上端部带曲率为R的柱腿。弧形顶梁的两端插入和搭接在柱腿的弯曲部分上, 组成二个圆形拱。梁腿搭接长度400mm, 该处用两个卡箍固定, 每个卡箍包括一个U型螺杆和一块U型垫板, 两个螺母, 柱腿下部焊有150×150×10mm的铁板作为底座。支架棚距为250~500mm。为了加强支架沿巷道轴线方向的稳定性, 棚子之间用15kg/m钢轨撑紧, 拱形支架外围铺满50×200×1000mm的钢筋混凝土背板, 背板与巷道顶板、两帮之间用坑木打木垛接顶, 充填。金属支架架设之后表面再喷厚100mm的混凝土进一步进行加固。这种支架在地压作用下, 弧形顶梁即沿着柱腿弯曲部分产生微小的相对滑动, 使支架下缩, 这时围岩压力得到暂时卸除。因此, 荣华立井东主运等地压大、地压不稳定和围岩变形量大的巷道, 效果尤为明显。

3 加强巷道底板警理

荣华立井围岩具有膨胀性, 底鼓现象较重, 中央风井的北侧绕道线1995年施工至今其底鼓量0.7~1.2m, 因此, 安置底拱的作用是不可忽视的, 由于锚喷底拱养护条件差, 不易采用, 而用毛料石砌底拱或12#槽钢, 18kg/m钢轨做底拱。此外, 工作面有水的巷道, 施工时要及时排水, 尽量减少水与岩层的接触, 防止岩层遇水膨胀。

4 重视围岩的量测监控

软岩回采巷道 篇5

关键词：回采巷道,拱形断面,复合顶板

神宁集团梅花井煤矿11采区4-2煤层顶板为复合顶板, 顶板易下沉, 支护困难。114202工作面机巷在掘进初期为异形断面, 沿着4-2顶板掘进, 不破顶作业, 选用锚杆支护, 由于顶板内含弱含水层, 水顺着锚杆眼下流, 泥岩、砂质泥岩遇水膨胀、破碎掉渣甚至脱落, 以至后巷基本全部使用11#工字钢进行架棚, 支护效果差, 掘进速度慢。后采用拱形断面, 充分试用了拱形断面良好的自稳性, 巷道压力明显变小, 后巷基本不需要处理, 巷道掘进速度明显提高。

1 地质情况

梅花井煤矿114202工作面机巷沿4-2煤层采用综掘机掘进, 煤层结构简单, 煤层厚度 (2.10~3.59) m, 平均厚度2.91m, 煤层倾角15°~24°煤层厚度变化小, 属较稳定煤层。

4-2煤顶板以各种粒级的砂岩为主, 伪顶为泥岩;直接顶为粉砂岩, 平均厚度3.19m, 含较多白云母片, 局部夹细砂岩;老顶为中粒砂岩, 平均厚度2.1 1 m, 石英为主, 泥质胶结。顶板内含有弱含水层。4-2煤底板为粉砂岩, 直接底平均厚度4.02m, 夹多层细砂岩, 泥岩;老底平均厚度10.64m, 夹薄层泥岩。

2 巷道原设计

2.1 巷道断面设计

14202工作面机巷巷道沿4-2煤层顶板掘进, 设计掘进宽度4 4 0 0 m m, 掘进中高2950mm, 上帮肩窝施工成圆弧状, 掘进断面积为12.72m2。

如图1:原设计巷道断面。

2.2 永久支护

巷道永久支护设计采用锚、网、索配合钢带联合支护形式。

(1) 巷道顶锚杆布置间、排距为800×800mm, 使用Φ20×2500mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆, 2节Z2370树脂药卷锚固, 采用矩形布置。

(2) 巷道帮锚杆布置间、排距为700×800mm, 使用Φ16×1600mm圆钢锚杆, 端头麻花长度300mm, 1节Z2370树脂药卷锚固, 采用矩形布置。

(3) 巷道锚索采用单点锚索及锚索梁联合布置形式, 单点锚索一套为一排, 排距为3000mm, 400mm长的14#槽钢托梁;锚索梁支护由三套锚索及3.6m长的14#槽钢托梁组合成一排, 排距3.0m。一排两套的单点锚索布设在3.6m长的相邻锚索梁之间 (即单点锚索与锚索梁支护的排距为1.5m) , 锚索均使用Ф17.8×5500mm的钢绞线锚索, 3节Z2370树脂药卷锚固。

(4) 巷道顶部铺设塑钢网和金属网。塑钢网位于金属网之上, 防止顶板破碎, 局部漏顶。

2.3 巷道材料消耗量 (见表1)

2.4 巷道支护状况

巷道施工初期, 巷道破碎形式主要有: (1) 跨落破碎, 淋水较大; (2) 围岩离层, 形成网兜; (3) 顶板下沉严重, 巷道尺寸变化大, 不能满足使用要求。

造成上述现象的原因, 主要由于顶板前期来压大, 异形断面支护效果差, 顶板大部分为破碎结构的松软岩体, 顶板内的弱含水层被破坏, 水顺锚杆、锚索眼流入巷道, 进一步造成了巷道支护的失效。因此, 选择合适的支护方式成为亟侍解决的问题。

3 变更后巷道设计

3.1 巷道断面设计

114202工作面带式输送机巷变更后巷道沿煤层底板掘进, 上帮破低不得超过5 0 0 m m, 设计断面为拱形, 掘进宽度为4 4 0 0 m m, 高度为3 4 0 0 m m, 拱半径为2200mm, 掘进断面积12.88m2。

如图2:变更后巷道断面。

3.2 永久支护

巷道永久支护设计采用锚、网、索、钢带联合支护。

(1) 顶部锚杆布置间、排距为8 0 0×800mm, 使用Φ20×2500mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆, 2节Z2370树脂药卷锚固, 采用矩形布置。

(2) 帮部锚杆布置间、排距为6 0 0×800mm, 使用φ16×1600mm圆钢锚杆, 端头麻花长度300mm, 1节Z2370树脂药卷锚固, 采用矩形布置。

(3) 巷道顶部的锚索桁架采用两套锚索和2200mm长的14#槽钢锚索托梁, 锚索沿巷道方向排距1800mm, 垂直巷道方向间距1200mm (弧长) 三排布置, 锚索桁架外端头距锚索200mm, 锚索使用φ17.8×5500mm的钢绞线, 3节Z2370树脂药卷锚固。

(4) 顶部铺设金属网和塑料网。

3.3 变更后巷道每米材料消耗量 (见表2)

4 理论分析

巷道断面形状的选择, 主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质 (即作用在巷道上地压的大小和方向) 、巷道的用途及其服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素, 而围岩性质无疑是重中之重。

异形断面适应于顶板稳定、有固定悬吊岩层, 无淋水, 顶板压力、两帮侧压均较小的岩层。拱形断面适应于巷道顶板较差、顶板压力较大、两帮侧压较小的岩层, 其能够利用锚杆形成挤压压力拱, 充分发挥巷道围岩的自稳特性, 大大降低巷道顶板来压, 从而具有更高的适应性。

4-2煤层顶板为复合顶板, 含有弱含水层, 顶板无固定稳定的供锚杆悬吊的着力岩层, 异形断面在锚杆破坏巷道围岩的同时, 未能提供良好的锚杆着力点是114202机巷支护质量差的主要原因, 而拱形断面充分利用锚杆及塑钢网把巷道围岩挤压成为一个整体, 其锚杆、锚索的作用不在于悬吊, 而在于形成一个稳定的拱形, 充分利用围岩的自稳特性, 以此来达到良好的支护效果。

5 巷道断面变更前后对比分析

5.1 矿压对比

矿压的大小无疑反映在顶板的下沉量及下沉速度方面, 通过对巷道断面变更前后的顶板离层观测数据, 我们可以明显的看出, 拱形断面的良好的支护效果。

本文通过对巷道变更前后各10个测点20天内的顶板离层深部 (5.5m) 及浅部 (2.5m) 观测数据进行整理发现顶板在14d后基本达到稳定状态, 现对14d内的顶板状态进行分析:

(1) 顶板的下沉量 (见图3) 。

(2) 顶板的下沉速率 (见图4) 。

通过上述观察分析, 可以发现:变更前顶板最大下沉量分是108mm (浅层) 和53mm (深层) , 变更后顶板最大下沉量是29 (浅层) 和15 (深层) ;变更前顶板最大下沉速率是14mm/d (浅层) 和9mm/d (深层) , 变更后顶板最大下沉速率是7mm/d (浅层) 和3mm/d (深层) 。拱形断面巷道与异形断面巷道相比受力状态较好, 顶板下沉量较小, 下沉速率也较慢。

5.2 经济效益对比

根据比较变更前后巷道每米材料消耗量, 我们可以发现变更后巷道的支护成本增加在20%左右, 考虑到梅花井煤矿的及周边各煤矿的架棚支护经验——顶板累计下沉量达到80mm时架棚, 我们发现原设计异形巷道基本上均需要架棚加强支护, 综合起来测算, 变更后的拱形巷道的支护成本较异形巷道断面降低30%左右。

另外, 从掘进速度上比较, 114202工作面机巷断面变更前的月掘进进尺是150m左右, 而在断面变更为拱形后, 月掘进进尺达到290m以上。巷道掘进速度的提高大大降低了巷道的管理成本, 提高了综合效益。

6 结语

梅花井煤矿114202工作面机巷开创性的在回采巷道采用拱形断面, 解决了梅花井煤矿11采区4-2煤层复合顶板支护困难、掘进速度慢等一系列问题, 从根本上改变了巷道围岩的受力状态, 简化了支护工艺, 降低了成本, 保证矿井的安全高效生产, 为以后巷道支护积累了经验。

参考文献

回采巷道破坏机理及支护 篇6

1 煤矿回采巷道变形机理分析及其特点

1.1 煤矿回采巷道变形机理分析

当煤矿回采巷道出现变形时,会出现以下几方面问题:

其一,煤矿回采巷道的断面面积减少。

其二,受压力影响作用,巷道支架出现挤压变形甚至断裂。

其三,拱形、工字钢梯支架发生变形。

其四,出现爬行巷道。

其五,巷道的支护形态发生改变等等。

1.2 煤矿回采巷道出现变形时所表现的特点

其一,针对同一煤矿回采巷道而言,拱形支架支护和工字钢梯支架支护相比,拱形支架支护效果好,回采巷道不会出现明显的变形,即使有变形情况,相对来说也不算严重。

其二,针对煤矿回踩巷道的稳定性而言,煤层单一、顶底岩性坚硬,煤层也相对稳定,这种回采巷道保持完好性较高。在生产过程中,基本不需要再维修。而处在地质、岩体复杂的煤层中时,其稳定性就会下降,因此它的维护量会偏大。

其三,处于整个煤矿上分层的回采巷道和下分层锈结假顶下的回采巷道相比,煤矿上分层的回采巷道容易保存且出现变形的几率较小。

其四,在煤矿回采巷道中,巷道的采空区最容易发生变形破坏,安全隐患也随之出现,而巷道两侧均为实体煤时,就不易发生变形,甚至可以长期保持。

其五,在同一煤矿回采巷道内,容易变形破坏的区段是受采动影响的区段。

2 影响煤矿回采巷道变形的因素

2.1 围岩应力影响

在煤矿的回采巷道中,围岩的变化对回采巷道有很大影响,尤其是围岩应力,它的变化与回采巷道有着密切的联系,如果围岩应力在围岩的极限范围内,也就是说围岩应力非常小时,回采巷道就很稳定,也是相对安全的状态,这时不用采取任何支护方法。但是当围岩应力超过围岩的极限范围,也就是围岩应力过大时,围岩的弹性就会消失不见,从而出现一种新的状态——塑性状态,塑性状态有它的塑性范围,围岩所处的塑性范围被称为塑性区,再加上外力的共同作用,很容易发生塑性变形,这样,煤矿回采巷道就会出现变形破坏。

2.2 重叠支撑压力影响

当煤矿回采巷道出现一侧已经被采空的情况时,煤矿不断的开采,巷道随之前移,这时煤矿回采巷道就会处于采空区的支撑力和煤矿开采时的超前支撑力两种压力下,开采面产生的超前支撑压力会随着开采面转移而转移,因此在煤层采空区一旦出现凸出的拐角,就会产生高于原岩应力5倍左右的重叠支撑压力。这种情况下,煤矿回采巷道就会出现严重的变形。

2.3巷道支护影响

在已知的煤矿回采巷道支护中,煤矿单位普遍采用两种支护,一种是U型钢拱形可缩性支架支护,另一种是锚杆金属网联合支护,这里的锚杆金属网支护一般用的回采巷道所处岩石坚硬、顶板相对完整的上分层巷道或者单一的回采巷道中。这种回采巷道在生产工作中大多情况下不会出现变形。而U型钢拱形可缩性支架一般用的回采巷道顶板有破裂、有轻微脱落,矿压明显的下分层中。如果U型钢拱形支架的可缩性不适合围岩变形或者固定的卡子强度达不到标准,就会在采动压力和围岩应力的双重压力下,U型钢拱形可缩性支架弱面处就会出现压弯,这时就应及时退出巷道,当压力大的情况下还会出现断裂、卡子压断的情况,失去其可缩性和支撑能力。但在下分层回采巷道中,巷道会受到煤矿的采动压力和巷道围岩应力两种压力的共同作用。这样,所受压力就超出了巷道支架的承受范围,钢梯支架就会发生严重的变形,钢梯支架的底部支架会向巷道中间挤出,木支架会在压力作用下发生折断。这种情况不利于煤矿开采工作的进行,更会威胁到煤矿工人的生命安全。

3 煤矿回采巷道支护

A.煤矿回采巷道在工作中,会受到两方面的压力。一方面是采动压力,另一方面是相邻采空区残余支撑力,这两方面压力会导致煤矿回采巷道出现变形等情况。为了能够防止回采巷道在工作中不会出现变形和破坏,就要对回采巷道进行支护维修管理,增加其安全性能和使用寿命。另外加强支护还要满足以下几个条件。

其一,要缩小塑性区的扩展范围。

其二,增加塑性区围岩的强度,提高围岩的自身承受能力。

其三,支护时不要让巷道内的基本支架受到影响。

其四,支护时不能影响到巷道的正常使用。

其五,支护要做到经济、方便。

其六,支护范围要根据地质条件和支护的形式而定。

B.煤矿回采巷道所用支护的方式,要根据上面的六项原则并且结合煤矿的实际情况而定。这种支护的作用是将无加强支护时“支架一—围岩”的作用体系升级为“支架——加强层——围岩”的共同体系,这种体系的具体表现。

其一,改善了支架的受力情况,使支架的受力均匀作用在基本支架周围。

其二,有效地减少塑性区的扩展区域,使回采巷道的周边位移逐渐减少。

其三,这种支护体系方便、经济,而且不会影响到回采巷道的使用。

参考文献

[1]王伟.煤矿回采巷道变形破坏机理及加强支护[J].煤炭技术,2005,(09):19-21.

[2]杨嘉昌,李强.煤矿回采巷道变形破坏机理及其支护实践[J]中国西部科技,2009,(01):157-159.

软岩回采巷道 篇7

关键词：煤矿采掘,巷道布置,回采率最大化,技术可行性

1 引言

断层是影响煤矿生产的重要地质因素之一,因此研究断层以及掘进过程对其处理方式,对煤矿生产安全具有重要意义[1,2]。我国煤炭行业对于断层的研究以及在穿越断层支护技术[3,4,5]上已经取得相当辉煌的成果,对于综采工作面如何推过断层也有很好的解决方案[6,7,8],但是对于综采工作面回采巷道遇到断层后,如何布置回采巷道,才能做到煤炭资源开采最大化,以及回采巷道布置在回采工艺上的技术难点缺乏系统性研究及概括性总结。本文主要解决了综采工作面回采巷道遇断层后巷道布置技术方案问题,以提高回采率以及煤矿的经济效益,为复杂地质条件下推广机械化开采提供理论依据和实践经验,为类似地质构造情况下的巷道布置方案制订提供参考。

2断层地质构造对综采活动的影响

断层是煤矿常见的地质构造,较大的断层在进行地质勘探阶段一般都会勘探出来,在进行开采设计时要采取有效措施应对,而对于较小的断层,一般的勘探不易揭露。因此,这些断层一般只会在巷道掘进过程中才能揭露,给开采活动造成较大影响。综采工作面顺槽遇到断层后,一些煤矿普遍做法是[6,7]:当断层落差小于采高的1.5倍时,一般都会直接掘过断层去找到另一盘煤层继续掘进,回采时工作面直接推过断层;当断层落差大于采高的2倍时,如果回采工作面走向长度足够长,采掘可以正常接替,则丢弃断层另一盘的煤块,直接在断层附近开切眼;如果回采巷道走向不长则直接丢弃该块煤,重新选择新开口点来布置新的回采巷道。这不仅造成煤炭资源的浪费,还在一定程度上会造成采掘接替的紧张,有时甚至接连遇到断层,造成采掘接替脱节。

3 综采工作面回采巷道掘进遇断层后巷道布置方法及回采技术

3.1 运输顺槽掘进遇断层后巷道布置方法及回采技术

3.1.1 总体思路

准备工作面运输顺槽掘进遇与顺槽斜交的断层后,采取从运输顺槽缩减工作面长度的办法,即把运输顺槽往回风顺槽平移一定距离,把工作面长度缩小;为解决回采过程转载机位置问题,开掘好辅助运输巷及联络巷,安装好下部切眼的液压支架及刮板机中部槽,回采时形成小工作面与大工作面对接,从而验证小工作面与大工作面对接的技术可行性以及工艺上的可操作性,做到少丢煤,提高煤矿经济效益。

3.1.2 具体案例

那怀煤矿C202回采工作面巷道布置如图1所示。

3.1.3 技术方案

3.1.3. 1 工作面缩减长度的确定

运输顺槽掘进遇到断层后,测量出断层3个要素,根据断层产状进行技术上的预测预判,得出断层与煤层相交的具体交线方向,小工作面的布置主要根据断煤交线方向来确定,工作面缩减长度以最大化开采三角煤块为准,小工作面运输顺槽预测再遇到该断层后即可布置小工作面切眼。

3.1.3. 2 辅助运输巷、运输联络巷及大工作面切眼的布置

大工作面切眼位置位于工作面变小(即运输顺槽遇断层)处,切眼基本垂直上、下顺槽(根据煤层倾角要求的刮板机机头超前量而定,使得工作面推采到此处时工作面煤壁与下部切眼煤壁基本成直线),上部切眼主要用于安装下部切眼时的运输通道,如时间允许,该部分巷道可省去。贯通切眼后开始布置辅助运输巷及运输联络巷,辅助运输巷正对小工作面运输顺槽,辅助运输巷长度约45m(转载机长度加顺槽运输机最小长度),掘进到位后以垂直或者斜交方式开掘运输联络巷与运输顺槽连接,作为小工作面回采时的运输通道。

3.1.3. 3 对接方法

①预先对大工作面下部切眼进行安装支架及刮板机中部槽。②辅助运输巷主要用于小工作面出煤运输,当回采工作面推采靠近大工作面时,辅助运输巷用以实现转载机的往前推进,直至工作面液压支架推移至与下切眼平直,工作面煤壁与下部切眼煤壁持平,工作面停止推采。③拆除辅助运输巷及运输联络巷的皮带机;拆除转载机,并将转载机通过运输联络巷运至大工作面下出口处进行安装,然后将下切眼刮板槽整体往上移,将整个刮板槽连接成整体,适当将下出口支架往上移,并适当打开侧护板,使其整个工作面支架衔接紧凑,然后对大工作面进行试机调试,确保大、小工作面对接成功。

3.1.4 创新点

(1)形成刀把式工作面,回采时形成小面与大面对接。

(2)必须掘进辅助运输巷及运输联络巷,否则转载机在接近大面的时候无法向前推进,小面无法推采到与大面对接。

(3)提前在大切眼下部安装刮板槽和支架,可实现大、小面快速对接。

3.1.5 小结

(1)存在问题:工序繁琐复杂,大、小面对接要新增支架以及刮板槽,同时刮板机机头和转载机要重新安装,以便工作面形成大面。另外,要提前在进风巷掘出一条辅助联络巷,以方便转载机出煤以及运输设备、大面新增安装刮板槽和支架。

(2)采用的方法:通过工作面布置小切眼和大切眼,提前在大切眼处开掘辅助运输巷来实现工作面由小变大的过渡。

(3)实施效果:那怀煤矿C202工作面实施大、小面对接后,小面可以多采原煤6万t,增加直接经济效益1 472万元。

3.2 回风巷掘进遇断层后巷道布置方法及回采技术

3.2.1 总体思路

准备工作面回风巷掘进遇断层后,采取从回风巷缩减工作面长度的办法再布置一个小工作面,回采时形成小工作面与大工作面对接,从而验证小工作面与大工作面对接的技术可行性以及工艺上的可操作性,做到少丢煤,实现利益最大化.

3.2.2 具体案例

那怀煤矿C101工作面巷道布置如图2所示。

3.2.3 技术方案

该技术方案主要是在回风巷侧对工作面长度进行缩减,在巷道布置上形成大、小两个工作面,两个工作面相互平行,并提前在大工作面上部切眼预先安装好支架和刮板槽,回采时形成小面与大面对接,该方案比运输顺槽缩减工作面长度方案相对简单,因其没有运输机,只需在大工作面上部切眼增加支架、刮板槽即可。当小工作面走向长度不大时,工作面移动变电站放在大工作面的回风顺槽,稍加长负荷电缆即可;当小工作面长度较长时,应把移动变电站置于运输顺槽内较好。

3.2.3. 1 工作面缩减长度的确定

回风巷掘进遇到断层后,测量出断层的产状3个要素,根据断层走向进行技术上的预测预判,大致得出断层与煤层交线方向,小工作面的布置主要根据断煤方向来确定,工作面缩减长度以最大化开采三角煤块为准,小工作面预测再遇到原先断层后即可布置小工作面切眼。

3.2.3. 2 大工作面切眼的布置

大工作面切眼位置位于工作面变小处,切眼基本垂直进、回风巷。

3.2.3. 3 对接方法

①小切眼贯通后先对小切眼进行采面三机、支架安装,全部安装完毕后,预先对大工作面上部切眼进行安装支架及刮板槽。②当小工作面推采至靠近大切眼位置时,小工作面要调整好,保持“三平一直”,然后开始小面与大面对接,直至小工作面煤壁与上部切眼煤壁持平,工作面停止推采。③拆除小工作面刮板机机尾配套设备,并沿大切眼上部直接拉至上出口处进行安装,对刮板链进行加长、联结等工作,并调整好刮板链长度以及支架,使整个工作面支架衔接紧凑,然后对大工作面进行试机调试。

3.2.4 创新点

(1)形成刀把式工作面,回采时形成小面与大面对接。

(2)提前在大切眼上部安装刮板槽和支架,可实现大、小面快速对接。

3.2.5 小结

(1)存在问题:工序复杂,大、小面对接需要新增支架以及刮板槽,同时刮板机机尾要重新安装,刮板槽、刮板链需要重新衔接,以便工作面形成大面。

(2)采用的方法:通过工作面布置小切眼和大切眼,提前在大切眼上部提前安装支架及刮板槽,实现大、小工作面顺利对接。

(3)实施效果:那怀煤矿C101工作面大、小面对接后,小面可以采原煤7万t,产生直接经济效益1 717万元。

3.3 已探明断层形成煤块由小变大的情况下回采工作面巷道布置方法

3.3.1 总体思路

在已探明断层形成煤块由小变大的情况下,掘进回采巷道为躲避断层,为了提高煤炭资源回采率,要合理布置回采巷道。前面部分巷道为躲避断层,采取布置小工作面方式进行巷道布置,在断层把煤层切割成喇叭形时,巷道布置由原来的小工作面变为大工作面,回采的时候,采用大工作面缩减成小工作面的回采形式,并提前在大面缩小面处开掘辅助巷来实现工作面由大变小时的收架工作,以提高煤炭资源回采率。

3.3.2 具体案例

那怀煤矿A100工作面巷道布置如图3所示。

3.3.3 技术方案

3.3.3. 1 回采巷道布置方式的确定

参考上覆煤层在巷道掘进、回采时遇到的断层情况,在布置下一层煤层回采巷道时回风巷躲避开已揭露断层,掘进时在回风巷侧工作面长度变大,在回采时采用大面缩减为小面的巷道布置形式。

3.3.3. 2 辅助切眼的布置

辅助切眼位于工作面变大处,辅助切眼长度为大工作面与小工作面长度之差,辅助切眼掘进到位后,反向沿回风巷掘进约20 m后开联络巷贯通小工作面回风巷;联络巷的作用主要是大工作面推进到辅助切眼后回收出多余的支架及刮板机中部槽。如煤层倾角不大,从上往下回收支架时可不掘辅助联络巷。

3.3.3. 3 实施方法

①在巷道布置上形成大、小工作面两个部分,两个部分工作面相互平行,提前在工作面缩面处掘1条辅助巷,在回采将要接近小工作面还有10 m的时候,提前在辅助巷、辅助切眼处做好缩面的准备工作。②在需要回收支架部分提前约8 m挂网,到工作面割通辅助切眼时有三层网落地,直接把工作面的网与辅助切眼上原铺的网相连,然后开始从辅助巷回收多余部分刮板槽及支架。③回收支架和刮板槽完毕后,将刮板机机尾和中间槽联结,再进行紧链工作,可实现工作面的快速过渡对接。

3.3.4 创新点

(1)提前在大、小面过渡处掘进辅助巷,作为大工作面缩减为小工作面时回收支架和刮板槽用,实现工作面快速过渡。

(2)在工作面推采至距离辅助切眼前10 m处,需回收支架进行挂网工作,为加快收架速度,上出口端头架前三架支架可以从上出口直接拉出,后续支架从小面回风巷拉出,以实现快速收架。

3.3.5 小结

(1)存在问题:缩减工作面时需要将多余支架及刮板槽回收,此项工作需要在旧巷处进行挂网加固支护,同时刮板机机尾和机尾抬高槽要重新安装,以实现工作面缩减。设辅助联络巷时,三角煤柱受压力大,容易片帮。

(2)采用的方法:将工作面布置成大面与小面两个部分,推采时,提前在小面起始处开掘辅助巷来实现工作面由大变小时的收架工作,提高了煤炭资源回收率。

(3)那怀煤矿A100大工作面缩减成小工作面后,多采原煤2.7万t,增加直接经济效益864万元。

4 结语

断层是一种常见的地质构造,在煤矿开采活动中通常遇到,给巷道支护及回采,特别是采用综合机械化回采时带来很大困难。实际生产活动中,我们可以采取以上方法来进行处理。工作面的大、小面对接,大面缩减成小面都是根据具体情况而采取相应的处理方法,以实现煤炭资源最大化回收。从实施效果来看,以上几种方法对于煤炭储量较少的煤矿企业意义重大,经济效益相当可观。实施以上几种方法,可以有效提高机械化开采的回采率,提高有限资源的利用率。这些方法为中小型煤矿推广机械化开采提供了丰富的实用经验。

参考文献

[1]徐世国.断层对煤矿生产的影响与处理探讨[J].山西焦煤科技,2011(1):22-26.

[2]候守道.煤矿掘进工作面小断层识别及处理[J].煤矿开采,2007.12(2):19-20.

[3]邓永文.深井高应力软岩永久巷道过断层支护技术研究[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2012(32):347-348.

[4]陈艾.复杂条件下大断面煤巷过断层技术[J].煤炭工程,2011(4):28-30.

[5]董伟.缓倾斜突出煤层过断层掘进施工技术[J].煤矿开采,2011,16(6):56-59.

[6]张义彬.薄煤层采煤工作面过断层实战[J].山东煤炭科技,2010(2):19-20.

[7]刘兆伟,张京泉,高杰.综采工作面过断层方案分析[J].山东煤炭科技,2007(5):60-61.