巷道底鼓分析及控制.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 收稿日期 2008 - 02 - 19 作者简介黎开勋1957 - ,男,贵州湄潭人,工程师,现任贵州水城矿业集团公司副总工程师,从事煤矿开采技术 及安全管理工作。 巷道底鼓分析及控制 黎开勋,党昌志 贵州水城矿业集团公司,贵州 六盘水 553001 摘 要文章综合国内外关于巷道底鼓现象的资料,详细阐述了对巷道底鼓的分析和认识, 介绍了常见巷道底鼓的类型,结合贵州水城矿区大河边煤矿的实际,提出了预防巷道底鼓的对策 和措施,经过现场的实践检验,证明具有很好的效果。 关键词巷道;底鼓;回采 中图分类号TD322 11 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2008 0920051202 底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象,它与围岩 的性质、矿山压力、开采深度及地质构造等直接相关。底 鼓使巷道变形、断面变小,影响通风、运输,制约矿井安 全生产。多年来,人们提出多种治理底鼓的方法和措施, 但效果不明显,这主要是对巷道底鼓的分析和认识还不够 深入,以至很难从根本上治理巷道底鼓,因此,除 “ 一通 三防 ” 、顶板管理外,对巷道底鼓的分析和治理,在煤矿生 产中也是我们从事煤炭工作技术人员的一项重点工作。 1 对巷道底鼓的认识 关于巷道底鼓,国内外许多专家提出了不同的看法 ① 前苏联的M1J I1兹包尔什奇克等认为巷道底板岩层突 然鼓起是由于底板中塑性层对下部移动的阻力,以及底板 岩层暴露的面积与周长的比例急剧变化时岩层储存的弹性 能释放的结果造成;② 德国的M1奥顿哥特运用相似材料模 拟实验研究了巷道底鼓的全过程,他认为巷道岩层的破坏 顺序为首先是两帮岩层由于垂直应力作用被压裂,之后 是巷道顶板由于水平压力的作用向巷道间鼓出,其中较先 破坏的是直接底板岩层;③我国康红普经过分析计算得出 结论,底鼓是由于失稳的底板岩层向巷道内压曲,偏应力 作用下的扩容,岩层自身的遇水膨胀;④ 而贺永年、何正 昌通过实测和研究认为,巷道底鼓由两帮岩柱传递顶板压 放的抽放泵为14采区井下抽放泵,为2台2BEC - 42型的 水环 真 空 泵,流 量126m3/min,真 空 度16kPa,转 速 390rpm,功率160kW。 4 瓦斯抽放效果考察 411 本煤层瓦斯抽放效果 上下巷本煤层顺层倾向钻孔和工作面浅孔钻孔经上下 巷本煤层抽放管路并联后瓦斯抽放参数检测,瓦斯浓度在 2～5的范围,流量45～50m3/min,瓦斯纯量019～ 215m3/min,平均瓦斯纯量117m3/min。 412 上拐角埋管和高位钻孔瓦斯抽放效果 经上巷上拐角埋管和高位钻孔瓦斯抽放参数检测,瓦 斯浓度在112～516的范围,流量49～66m3/min,瓦斯 纯量016～316m3/min,平均瓦斯纯量211m3/min。 413 抽排风机瓦斯抽放效果 经瓦斯检查员人工检测,排放口瓦斯浓度在015～ 111的范围,风量120m3/min,瓦斯纯量016～113m3/ min,平均瓦斯纯量110m3/min。 414 总体瓦斯抽放效果分析 该面原始瓦斯含量8～12111m3/t,平均1011m3/t,残 存瓦斯含量115～310m3/t,平均213m3/t,绝对瓦斯涌出量 717～1116m3/min,平均917m3/min,各种抽放方法抽出瓦 斯纯量418m3/ min,其中本煤层顺层孔和浅孔117m3/min, 占绝对瓦斯涌出量的18 ,上拐角埋管和高位钻孔211m3/ min,占绝对瓦斯涌出量的22 ,抽排风机110m3/min,占 绝对瓦斯涌出量的10 ,风排瓦斯量平均降到419m3/min, 配风量1250m3/min,风排瓦斯浓度平均降到0139 ,解决 了上拐角、工作面、回风流的瓦斯超限问题。 5 结 语 新安煤矿14151综采工作面采取上拐角埋管抽放、低 位钻场高、低位钻孔抽放、高位钻场高位长钻孔抽放采空 区瓦斯、上下巷本煤层顺层倾向钻孔预抽煤层瓦斯、边采 边抽钻孔、工作面浅孔抽放、抽排风机抽放上拐角瓦斯等 瓦斯综合抽放技术,通过综合抽放,取得了较好的瓦斯治 理效果。其瓦斯综合抽放技术可供类似条件的煤矿借鉴。 责任编辑 潘启新 15 2008年第9期 煤 炭 工 程 生产经验 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 力开始,两帮围岩在挤压底板的同时一起下沉,底板在严 重挤压变形的情况下发生断裂,然后底板隆起。 2 巷道底鼓分析 现以水城矿区大河边煤矿为例,并结合现场实践观测, 提出对巷道底鼓的分析。 211 矿井概况 大河边煤矿于20世纪60年代末建成, 70年代初投产。 现已开采到1317m水平,距地表垂深超过500m,井田内 地质构造较为复杂,围岩多以泥岩和泥质砂岩为主,遇水 极易膨胀。 在回采期间,各主干石门及回采巷道均有不同程度的 底鼓变形。 212 底鼓分类 21211 回采巷道底鼓 以11煤层回采巷道底鼓进行分析, 11煤层厚2m,煤 层倾角平均26,顶板为凝灰岩,厚8m,属 Ⅰ 类顶板,底 板为泥灰岩,厚3m,遇水极易膨胀,巷道断面形状为不规 则四边形,支护形式为锚杆W钢带,设计断面为上宽 314m,中高213m,下宽4m。其巷道变形特点为两帮向内 挤压,底板隆起,在掘进期间,每间隔10d就要对巷道卧 底一次,平均每天底板鼓起达20～50mm,在回采期间,平 均每间隔5d就要卧底一次,平均卧深200mm,否则无法满 足生产的要求。 21212 主干石门巷道底鼓 各区段石门巷道变形主要集中在煤系地层带及地质构 造带,以北采区1317运输石门为例,设计断面形状为半 圆拱,锚网喷支护,宽316m,高316m,该石门于2001年 施工完毕并投入使用,一年后,巷道开始变形,主要为顶 帮破裂脱落,向内挤压,底板向上鼓起,平均每年均要修 复卧底3～5次方能维护正常生产,到2005年,煤系地层 带巷道断面已变形到不足1m2,只得对巷道进行彻底大修, 通过测量校核,该石门底板增高了2m多与施工初期相 比。该石门上覆煤岩层及周围地质情况,在该石门西翼有 落差达4m的断层,以至于各层煤在回采时均未进行跨采, 留设了煤柱。 213 底鼓分析 1 在开巷后,由于围岩的 “ 本构关系 ”即应力 应变 关系发生变化,破坏了原有的应力平衡,围岩应力变化造 成巷道底板、两帮岩层卸载产生了弹塑性变形向巷道内鼓 起。 2 水理作用。在掘进或使用过程中,由于岩层自身含 水及施工用水,使底板岩层遇水后体积膨胀,使围岩强度 降低,塑性增大,以至底板向上鼓起。 3 支护强度也是影响底板鼓起的因素,一些巷道支护 只注重巷道顶板,未对底板进行任何有效的支护。在巷道 的支护上,一般均采用锚网喷及各种钢性支架有效地对巷 道顶帮进行支承,底板未进行支护,而各种支护要承受住 来自其周围的压力,为使其不被破坏,只得将各种受力向 未进行支护的底板即弱面自由面进行传递,体现在顶板 下沉,钢性支架下钻底板,破坏了底板原有的应力平衡, 以至底板向有空间的巷道内隆起,造成巷道鼓底。11煤层 及各石门的底鼓即是这样。 4 巷道设计布置也是影响巷道底鼓破坏的因素, 尤其是地质构造带及煤柱留设的是否合理以及应力集中区 的存在,容易造成巷道底鼓破坏。 3 巷道底鼓的对策及控制 通过对巷道底鼓的分析,结合底鼓的特点,并查阅国 内外各种控制底鼓措施,提出治理措施如下 1 在设计上尽量将巷道布置在远离地质构造带或应力 集中区域。 2 控制施工期间的用水,将各种汇集水进行集中排 放,减少水对巷道围岩的侵蚀。 3 在巷道断面设计上,从经济角度出发,充分考虑巷 道的变形量,力求最优化。 4 回采巷道在布置上优先选择沿空留送巷,如不 能沿空留送巷的,要充分分析受力情况,留设合理的煤 岩柱,通过实践,大河边煤矿煤柱留设一般在倾斜方 向 20 ～25m之间,如已回采的原4132N里下工作面回风巷 和4113S外工作面回风巷,其煤柱留设倾斜分别为22m 和24m,在掘进及回采期间,巷道底鼓变形得到了控制和 未留设煤柱的同一煤层相比 , 减少了卧底修复量。 4 结 论 通过对巷道底鼓的认识和分析,并掌握巷道底鼓的特 点和了解影响巷道底鼓的原因,结合矿井的自身特点,在 煤矿生产中有助于在设计及支护上更好的控制巷道底鼓, 减少巷道破坏变形,保证安全生产。 参考文献 [1] 王卫军,候朝炯,冯涛.动压巷道底鼓[M ].北京煤炭 工业出版社, 2003. [2] 张学言.岩土塑性力学[M ].北京人民交通出版社, 1993. 责任编辑 潘启新 25 生产经验 煤 炭 工 程 2008年第9期