留小煤柱沿空掘巷技术应用_孙安磊.pdf

2观测时间距离掘进巷道迎头 200m 以内 的围岩位移测定仪每 7d 观测 1 次。 4. 2顶板离层观测 测定 仪 采 用 顶 板 钻 孔 安 装，钻 孔 的 直 径 27mm，2 个基点分别安装在不同的深度。安装步 骤如下 1用锚索钻机在顶板上打钻孔，打孔钻头 选用 27mm。 2用安装杆将 A，B 2 个基点的锚爪推到所 需的深度。 3将测定仪的固定管推入钻孔，分别拉紧 2 个基点的钢丝绳，并将紧固螺丝钉固定。 4. 3观测结果 巷道掘进 1～8d 内围岩运动剧烈，8～10d 后， 巷道围岩运动速率逐渐减小并趋于稳定。 巷道两帮最大变形速率为 30mm/d，两帮最大 移近 量 达 到 160mm，其 中 实 体 煤 帮 移 近 量 为 40mm，占巷道两帮最大移近量的 25; 沿空煤帮 移近量为 120mm，占巷道两帮最大移近量的 75。 顶板最大变形速率为 10mm/d，其中顶板下沉 量为 60mm，底鼓量为 120mm。巷道顶板整体离层 量最大为 9mm，变化不明显，无异常变形出现， 如图 3 所示。 图 3掘进期间围岩变形 4. 4支护效果分析 由于掘进工作面顶板较厚，支护强度达到设计 要求，使顶板下沉量较小，但是巷道底鼓现象较为 明显，小煤柱一侧进行了锚索补强支护，巷道变形 在可控范围之内。矿压观测数据表明，在该地质条 件下，采用留 8m 小煤柱沿空掘巷支护参数，能够 有效地控制巷道变形，保证巷道有效使用面积满足 工作面生产需求。 5防灭火设计 1掘进工作面铺设并及时延接消防火管路， 每隔 50m 安设三通阀门，便于人工安全操作，管 路和阀门设置在行人侧，阀门操作开关自如，阀门 要设置与直径相匹配的防火软胶管。 2使用的润滑油、棉纱、布头和纸张等， 必须存放在盖严的铁桶内，定期派专人用专用车带 至地面。 3掘进工作面按规定使用不延燃电缆、阻 燃输送胶带和阻燃风筒。 4胶带输送机及刮板输送机机头、机尾浮 煤及时清理干净，严禁浮煤堆积。 5巷道两帮及网后严禁回填浮煤，避免浮 煤堆积氧化蓄热。 6井下消防材料库材料齐全，如有缺失及 时补齐，按期对井下易变质材料及时更换，发现问 题及时解决。 7每个配电点及油脂备用区必须设置 2 台 干粉灭火器、1 个沙箱，不少于 0. 5m3消防沙、消 防铲等。 8依照 AQ10292007 煤矿安全监控系统 及检测仪器使用管理规范在滚筒下风侧 10～15m 处安设氧化碳传感器、烟雾传感器。 9采空区煤柱侧设自然发火观测点，并定 期观测数据进行分析，及时对煤柱侧自然发火做出 预测预报。 10掘进工作面煤柱侧出现自然发火征兆 时，采取向煤柱打钻孔向采空区注入氮气进行防灭 火，每个钻孔注氮量 50m3/h;同时采取向高温点 打钻孔向采空区及煤柱内注入防灭火高分子材料， 将高温点消除，防止内因火灾的发生。 6瓦斯防治 依据 2016 年铁北煤矿瓦斯等级鉴定报告 矿井绝对瓦斯涌出量为 2. 201m3/min; 矿井相对瓦 斯涌出量为 0. 468m3/t; 回采工作面最大绝对瓦斯 涌出量为 1. 188m3/min; 掘进面最大绝对瓦斯涌出 量为 0. 137m3/min，确定铁北煤矿为低瓦斯矿井。 掘进工作面瓦斯检查次数为 2 次。 瓦检员每班对掘进工作面巡回检查，检查地点 74 孙安磊 留小煤柱沿空掘巷技术应用2018 年增刊 1 ChaoXing 为局部通风机、工作面、回风巷人员作业地点、巷 道内电气设备，瓦检员对本辖区的瓦斯情况仔细检 测，检测结果要及时填写在手册及瓦斯检查牌板 上，发现问题及时请示汇报，严禁漏检、假检。 掘进工作面及巷道回风口各安设 1 个甲烷传感 器，实时在线监测。工作面甲烷传感器报警浓度≥ 1. 0 ，断电浓度≥1. 5，复电浓度＜1. 0; 回风 口甲烷传感器报警浓度 ≥ 1. 0，断电浓度 ≥ 1. 0，复电浓度＜1. 0，断电范围为掘进巷道内 全部非本质安全型电气设备。 7经济效益分析 1预计可在新二采区左三片工作面多采出 煤炭 270kt。 2减少巷道使用期间顶板及两帮维修量和 拉底工程量，保证回采期间巷道的正常使用。 3经济合理，巷道断面弧度便于施工。 4巷道变形慢，修复量小，可大大降低巷 道后期维修成本及费用。 8结论 在总结前期支护经验的基础上，优化了支护设 计，确定了留小煤柱沿空掘巷支护参数，加强了巷 道稳定性，确保了工作面的安全生产，并取得了良 好的经济效益。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 成云海，姜福兴，庞继禄 . 特厚煤层综放开采采空区侧向矿 压特征及应用 ［ J］ ． 煤炭学报，2012，37 7 1088－1093. ［ 2］ 张科学，姜耀东，张正斌，等 . 大煤柱内沿空掘巷窄煤柱合 理宽度的确定 ［J］ ． 采矿与安全工程学报，2014，31 2 255－262. ［ 3］ 许兴亮，李俊生，田素川，等 . 沿空掘巷小煤柱变形分析与 中性面稳定性控制技术 ［ J］ ． 采矿与安全工程学报，2016，35 3 481－485. ［ 4］ 李世斌 . 小煤柱开采在提高资源回收率中的应用探讨 ［J］． 江西煤炭科技，2018 1 34－35. ［ 5］ 张源，万志军，李付臣，等 . 不稳定覆岩下沿空掘巷围岩 大变形机理 ［J］． 采矿与安全工程学报，2012，29 4 451 －458. ［ 6］ 马其华，王宜泰 . 深井沿空巷道小煤柱护巷机理及支护技术 ［ J］ ． 采矿与安全工程学报，2009，27 4 520－523. ［ 7］ 陈科，柏建彪，朱 琪 . 沿空掘巷小煤柱破坏规律及合理 宽度的确定 ［J］． 煤矿安全，2009，40 8 100－102. ［ 8］ 崔景昆，卢永战，赵晋泽，等 . 回采巷道锚杆拱形布置支护 研究 ［J］． 中国煤炭，2010，36 11 48－51. ［ 9］ 宋园园，金志伟 . 大跨度煤巷锚杆锚索联合支护技术应用 ［ J］ ． 煤炭工程，2011，43 4 31－33. ［ 10］ 赵国贞，马占国，孙凯，等 . 小煤柱沿空掘巷围岩变形控 制机理研究 ［J］ ． 采矿与安全工程学报，2010，27 4 517－521. ［ 11］ 亓佳利 . 薄煤层坚硬石灰岩顶板条件下沿空留巷技术研究及 应用 ［ D］． 青岛 山东科技大学，2011. ［责任编辑 王兴库］ 84 第 23 卷煤矿开采2018 年增刊 1 ChaoXing 深部软岩巷道支护技术研究 付仁龙 华能扎赉诺尔煤业有限责任公司 灵东煤矿，内蒙古 满洲里 021410 ［ 摘 要］针对矿山开采深度逐年增加，以及深部软岩具有显著的非线性软岩力学特性，致使 巷道支护问题成为研究的重点，深部巷道支护问题日益严重，稳定性也难以保证等问题，主要分析了 深部软岩巷道支护技术及锚注技术的加固原理，从应用实例的角度阐述了锚注技术的应用效果，在掌 握深部软岩巷道的变形特征和支护问题的基础上，提出了以注浆锚杆为核心的锚注联合支护技术。锚 注联合支护既保持了深部软岩巷道的长期稳定，又节约了支护成本，取得了较好的支护成果，为解决 深部极软岩巷道支护难题提供了参考。 ［ 关键词］软岩巷道; 深部; 锚注支护 ［ 中图分类号］ TD353［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 2018S1- 0049- 04 Studying of Soft Rock Roadway Supporting in Deep ［ 收稿日期］ 2018－08－10［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2018. S1. 015 ［ 作者简介］ 付仁龙 1986－ ，男，内蒙古满洲里人，采矿工程师，掘进队技术队长，主要从事采掘现场管理工作。 ［ 引用格式］ 付仁龙 . 深部软岩巷道支护技术研究 ［J］． 煤矿开采，2018，23 S1 49－52. 随着经济的发展，我国的矿山资源开采日益增 多，导致浅部矿产资源减少，很多矿山已经进入了 深部开采。我国煤矿的开采深度增加的速度为 8～ 12m/a，部分煤矿开采地区如开滦、平顶山、徐州 等地其开采深度已经超过了 1000m。深部开采的矿 区的岩层具有软岩的特性，巷道围岩一直处于变形 的状态。在目前的矿区开采过程中，深部巷道大变 形已经成为主要影响深部工程安全的因素之一，所 以深部软岩巷道的稳定问题成了国内外研究的重 点。 1深部软岩巷道支护技术 根据支护和围岩的相互作用实质，深部软岩巷 道的支护技术发展可以分为 3 个阶段 第一阶段为砌碹和金属支架等支护形式砌碹 主要是采用建筑材料水泥砂浆黏结料石组成承载 体，这种承载体一般呈封闭形或者是拱形，可以承 受围岩形变产生的压力。实践结果已经表明，随着 围岩荷载的增大，砌碹表现出的承载能力也随之提 高。但是随着目前矿山开采深度的增加，砌碹出现 的问题也越来越多，加固双层甚至 3 层碹体仍然不 能满足部分软岩矿井的要求，并且碹体经常由于承 载力不足而遭到破坏，所以对于一些地质条件复杂 或者是高应力的软岩巷道不能采取砌碹支护形式。 金属支护形式属于被动支护的范畴，巷道围岩表面 放置支架，通过支架提供的外力起到支护的作用。 支架分为刚性支架和可缩性支架，刚性支架会产生 一种径向约束力，通过这种力的作用平衡围岩的变 形压力，从而减少围岩形变的发生; 可缩性支架大 大提高了软岩的适应性，利于实现让支平衡，但是 随着开采深度的增加，需要对围岩的变形采取控制 措施，需要大的支架，支护费用也随之提高，支护 效果的改善却一般。经过大量的实践已经得出结 论 只单纯凭借增加支架刚度已经不能满足深部软 岩巷道变形的需要。 第二阶段是采用锚索、锚杆等联合支护的方式 这种联合支护技术和第一种技术相比更加牢固， 不仅在巷道表面施加作用力，还和巷道围岩内部具 有某种相互作用的关系。这种支护方式中最常用的 是锚喷支护，锚喷支护主要是采用锚杆和喷射混凝 土支护围岩的措施，其中杆状物体是由金属材料加 工形成的，这种支护方式通过特定的形式如端锚、 全长锚固等作用于巷道周边的岩体上，约束岩体周 围的形变，具有经济性、密贴性及封闭性等优点。 这种支护方式在软岩巷道中由于受到施工、锚固材 料等的影响，其应用效果十分不理想，实用性较 差。但是随着科学的发展，出现了高强树脂锚固螺 纹钢锚杆，这种材质的锚杆克服了上述的缺点，在 深井软岩中应用效果较好，发展前景广阔。 第三阶段锚注加固技术这种技术在实施时， 直接作用在巷道围岩结构，通过这种技术可以改变 围岩的应力分布状态，提高围岩的力学性能。在破 94 第 23 卷增刊 1 2018 年 12 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 23Supp. 1 December2018 ChaoXing 碎松散岩体中巷道注浆之后，破碎岩块能够重新胶 结，形成整体的承载结构，这种结构和巷道支架共 同作用，可以使围岩在自稳的同时减轻支架承受的 负重。软岩巷道注浆后，软岩裂隙得到封闭，这样 水汽就不能浸入内部岩体，在岩体外部形成保护 层，有效防止自然因素如水害、风化等的破坏，促 进了围岩的长期稳定。这种技术在较难维护的软岩 巷道中应用广泛，可以保证软岩的承载能力。 分析上述 3 种技术可知，金属可伸缩性支架， 使用的钢材较多，成本高，效果不是特别理想; 只 使用锚杆支护对范围较大的破碎岩块的效果不大; 锚注技术结合了锚杆和注浆的方法，提高了软岩的 支护效果，可以有效解决节理裂隙发育的软岩巷道 支护问题。 2锚注技术的加固原理 锚注技术的支护原理包括 3 个方面 围岩的裂 隙通过浆液封堵，可以起到隔绝空气和水的作用， 避免围岩遭到风化等自然条件的破坏，大大提高了 其稳定性，可以提高巷道围岩松动圈内破碎岩体的 承重力及变形模量。因为松动圈内较破碎的围岩由 破裂岩体弱面控制其强度和变形，所以在一定程度 上降低了破碎岩体的弹性模量值及宏观强度，导致 高应力巷道围岩易变形、不易维护; 由于浆液固结 体的粘结力较大，对破碎围岩起到粘结作用，因此 碎胀岩体的黏聚力、弹性模量等会有所提高。因 此，注浆后可以提高围岩承受重力的能力，从而提 高其稳定性。这种技术主要由锚喷支护和注浆两部 分组成，注浆使围岩裂隙得到填充，与锚喷支护一 起形成一个多层组合拱，使支护结构的整体更加完 整，提高了其承载力，扩大了其有效承载范围。 3应用实例分析 3. 1生产地质条件 扎赉诺尔煤业公司灵东煤矿的Ⅱ3岩层结构比 较简单，围岩强度较低，胶结性能差且巷道掘出后 极易风化，遇水膨胀、泥化等现象较为严重，使得 巷道顶板易变形产生下沉、片帮、底鼓等，根据分 析可知它是一种十分典型的三软巷道。 3. 1. 1Ⅱ3煤层顶板砂岩含水岩组 全区普遍发育，岩性以中、粗砂岩为主，泥质 胶结，其厚度变化范围 0 ～ 98. 36m，平均厚度 32. 04m，静止水位标高413. 87 ～ 530. 015m。经 抽水试验其水文地质参数 q 0. 005～0. 0297L/ s m ; K 0. 009～0. 22m/d;T 0. 288～1. 241m2/ d; S2. 9010 －6 ～2. 4410 －3 ;a 4. 20102～4. 28 10 5m2 /d。水化学类型为 HCO3Cl －NaMg， HCO3Cl－Na 及 HCO3－Na 型，矿化度 0. 473 ～ 0. 578g/L，地下水类型为承压水，水温 5～6C。 3. 1. 2Ⅱ3煤层顶板隔水层 该隔水层在全区发育稳定，厚度较大，岩性为 粉砂岩和泥岩，分布规律为由矿区东侧、南侧向北 侧厚度逐渐变薄，厚度变化 0 ～ 300. 74m，平均厚 度 137. 50m。 3. 2灵东煤矿胶带下山支护技术分析 1胶带下山为灵东矿二水平开采的运输大 巷，贯穿于Ⅱ2－1煤层－Ⅱ3煤层，煤层倾角平缓，地 质构造简单，开采技术条件较好。 2胶带下山岩巷段工程量为 523m，断面为 直墙半 圆 拱，巷 道 尺 寸 为 净 宽 4200mm 净 高 4000mm，砼厚 150mm。 3该巷道第一次支护采用全封闭的锚网梁 索铁棚复合支护。一次支护后围岩释放变形的次 数为 2 次，每次释放的空间为 50mm。 4胶带下山岩巷段岩层以泥岩、砂岩互层 为主，围岩条件较为简单，围岩强度较低，胶结性 能差且巷道掘出后极易风化，遇水膨胀、泥化等现 象较为严重，使得巷道顶板极易变形产生下沉、片 帮、底鼓等，工人劳动强度大，掘进速度慢、施工 工期长、被动支护巷道强度低、支护费用偏高等问 题，给巷道施工带来一定困难。 5该巷道第二次支护采用锚注支护技术。 经过第一次支护，围岩变形能得到释放，等围岩变 形速度基本达到稳定后，进行注浆锚索、锚杆和左 旋螺纹钢等强锚杆支护，根据现场的测量和数据分 析，围岩变形速度基本达到稳定状态的时间至少为 巷道挖掘 2 个月后。 在注浆之前，巷道全断面要进行喷层厚度为 150mm 的喷浆。将 ACZⅠ型水泥注浆添加剂按 8比例加入到 P. 0 32. 5 水泥中配成锚注加固注浆 材料，可以大大改善锚注加固的效果，按水灰比 0. 5 ∶ 1，在锚固长度仅为 300mm 的情况下，拉拔 力可达到 110kN，比净浆提高了 2 倍多。巷道采用 22mm7000mm 注浆锚索支护，紧跟工作面迎头， 间距 1200mm，排距 1000mm，巷道锚索采用 “5－3 －5”布置方式，每根锚索采用 2 支 CK2350 快速树 脂药卷锚固，锚索孔深为 6700mm，外露长度不超 过 300mm;锚索托板规格 300mm300mm16mm 钢板，预紧力为 120kN。巷道锚杆采用 25mm 长 2500mm 注浆锚杆，孔深 2400mm，注浆锚杆采用 05 第 23 卷煤矿开采2018 年增刊 1 ChaoXing