三软岩层小煤柱护巷煤柱尺寸的确定.pdf

2 0 0 4 年 第3 期 互媳晨 斜l技 3 7 三软岩 层 爆 往 巷 爆 往尺 寸的确 定 龙 口矿业集团公司洼里煤矿倪绍洲 张景山 林绍军 贾广兴 关键词采空区压力分布煤柱尺寸送巷 时间 龙口矿 区所在 的黄县煤 田为新生界下第三 系隐蔽式煤 田， 东西长 2 8 k m， 南北宽 1 2 ～2 5 k m， 面积 3 5 0 。 洼里井 田位 于矿 区 中部 ， 井 田东西长 1 1 ． 8 k m， 倾 斜长 6 ． 5 k m， 面积约 4 5 ． 8 ， 井 田内沉积 可采煤 层 2层 ， 煤 厚 1 ． 9 0 m， 煤 厚 1 ． 3 3 m ， 平均间距 1 3 ． 2 8 m 。 井田内断层构造发育， 共 揭露落差大 于 2 0 m的断层 8 4 条 ， 平均 1 ． 8 4 条／ ， 多为低角度正断层 ， 具有逆 牵引性质 ， 小构造异常发育 ， 构造 变形剧烈 ， 地应力集 中， 开采 条件复 杂。 煤层围岩松软 ， t 0 ． 2 ～1 ． 2 ， 大部分岩石遇水泥化 ， 造成巷 道变形破坏 。 矿井水文地质条件中等， 矿井正常涌水量 5 0 m 3 ／ h ， 但含 水层多， 地表水、 冲积水与煤系地层水有水力联系， 水的涌出 使煤层围岩软化 ， 膨胀 ， 给现场施工造成极大困难 。 1 采空区压力分布状况的分析 洼里煤矿岩层属于三软岩层 ， 上覆岩层存在着在运动中 有组合成传递 岩梁 的条件。采场开采后 ， 上覆岩层发生 冒 落、 断裂破坏和下沉 ， 冒落的岩体相对 于上部岩体来讲 好象 一 个软充填体 ， 工作面及采空区上方岩体重量由煤壁工 作面支架采空 区已冒矸石来承担。上覆岩层形成 平衡 拱， 随着工作面的推进 ， 平衡拱 由破坏一平衡一破坏循环出 现 。 随工作面的推进 ， 工作面前方顶板 又移到工作面上方 ， 形成新的断裂 ， 使原来有 的复合拱瞬间失稳 ， 并迅速在断裂 线前后分别形成新的复合拱 。这种复合拱结构的存在是造 成不稳定顶板条件下工作面前后方及侧方 向矿 山压力显现 规律不一致的根本 原因， 在工作面前一定距离内， 矿山压力 显现强烈。采空区上覆岩体压力进行重新分布， 采空区周围 形成压力集中区 ， 通过观测工作面走向支承压力分布与倾 向 的支承压力分布有类似的规律性。采场前方 的支承压力峰 值区域随工作面的推进而前移， 导致工作面周期来 压， 而工 作面侧向上的支承压 力峰值 因工作面在这一方 向上是静止 的 ， 所 以其压力峰值也是短时间内基本 与工作 面保持一特定 距离。根据观测 ， 一1 0 8 水平和 一 2 5 0 水平工作面周边压力分 布基本相似 ， 只是 一2 5 0水平工作面周边压力的强度和影 响 距离比 一1 0 8 水平大得多。周边压力分布如图 1 所示。 根据矿压观测与力学理论证明， 在各个区域的结合部位 都存在着不同的受力集中现象 ， 在工作面侧 向压力峰值作用 下 ， 围岩本身的裂隙发生扩容和扩展， 软岩力学性质随之不 1 2 细 1 o - 1 细7 _ 1 响 一 1 0 8 水平 4 0 - - 6 响 2 O 2 细7 _ 1 响 2 5 0 水平 图 1 工作面周边压力分布图 断恶化 ， 致使这一区域岩层屈服而进入塑性工作状态。这一 区域称为塑性区， 塑性区的出现， 使应力集中区向纵深发展 ， 当应力集中的强度超过围岩的屈服强度时 ， 又出现新的塑性 区， 如此逐层推进 ， 一直到应力集 中的强度等于或小于围岩 的屈服强度时 ， 才会静止。 由于塑性区的出现 ， 改变 了围岩的应力状态， 这种变化 对支护来讲 ， 具有两个力学效应 ①围岩中切向应力和径 向 应力降低 ， 减少 了作用在 支护体上的荷载； ②应力集 中区向 深部偏移减少了应力集中的破坏作用 ， 因为软岩巷道支护是 一 个过程 ， 究其本质原因 ， 软 岩巷道是一种具有复合型变形 力学机制和“ 复合症” 和“ 并发症” ， 要对软岩巷道稳定实行有 效控制， 必须最大地释放围岩变形能， 必须允许出现塑性区， 最大限度地发挥 围岩的 自承能力。塑性 区的出现具有三个 力学效应 ①大幅度地降低变形能 ； ②减少了应力集中程度 ； ③改变了围岩的承载状态 ； 充分体现了使支护造价小而巷道 稳定性好 。 软岩巷道支护与硬岩有质的区别 ， 硬岩强度高， 所 以应 尽量控制结构面的影响， 使其不出现塑性区和松动破坏区， 而软岩支护必须允许 出现塑性区， 以不出现松动破坏 区为原 则。洼里矿属 于综合型的高应力软岩， 所 以只依靠加强支护 来控制变形， 以限制塑性区的出现是不可能的， 也是不经济 的。 2 根据压力分布确定煤柱尺寸 理论上讲 ， 巷道布置在原岩应力 区域 ， 不受采动影响最 好， 但煤柱过大 ， 对资源造成浪费 ， 不符合国 下转 第3 9 页 维普资讯 2 0 0 4 年 第3 期 参 晨 科技 3 9 制定监控方案， 进行防御性技术干预， 并定期综合技术 干预 效果评价事故隐患， 实施对隐患的分级管理， 从而实现对重 大事故隐患的有效监控。 4 事故应急救援预案的制定 对事故隐患 的分级管理及对重大事故隐患的监控 ， 除避 免事故发生外， 还有一个 目的 对突发事故顺利实施 应急救 援， 这就需要对重大事故隐患制定应急救援 预案。应急救援 预案设置是一项既复杂又具体的工作 ， 是安全管理 的重中之 重。在事故应急预案中， 迅速的反应和正确的措施是处理紧 急事故和灾害的关键。所谓迅速的反应是指 迅速查清事故 发生的位置、 环境 、 规模及可能发生的危害 ； 迅速沟通应急领 导机构 ， 应急队伍、 辅助人员 以及事故或灾害现场人员之间 的联络； 迅速启动各类应急设施、 调动应急人员奔赴灾区； 迅 速组织医疗、 后勤、 保卫等队伍各司其责； 迅速通报灾情， 通 知邻区做好各项必要准备。正确的措施包括 保护或设置好 避灾通道和安全联络设备 ， 撤离灾区人员。无法设置安全通 道时 ， 应开辟安全避难所 ， 并采取必要的 自救措施 ； 力争迅速 消灭灾害， 并注意采取 隔离灾 区的措施， 转 移灾 区附近的易 引起灾害蔓延的设备和物品； 撤离或保护好贵重设备， 尽量 减少损失； 对灾区进行普遍的安全检查。 防止死灰复燃及二 次事故发生。 上接第 3 7页 家 的煤炭 回收政策 ， 故应把巷道布置在距煤 壁较近的塑性区， 因这一区域应力已基本释放 。由于岩层受 压力变形， 基本形成不了新的应力集中， 所以在采空区7 m范 围内送巷相对受力较小， 就是另一采场开采的压力峰值也会 快速通过这一 区域而进入 采空区， 不会对 巷道进行大的破 坏。从 1 9 9 2 年以后进行 的小煤柱 5 m 送巷 ， 经过多年的应 用效果较为理想 。 1 一1 0 8 水 平 8 1 0 2工作面与 8 1 0 4工作面材料巷距离 2 0 m同时形成 ， 当 8 1 02 开采时 ， 8 1 04 材料巷正处于 8 1 02 工作 面侧方向压力峰值区域、 弹性区与塑性区结合部， 结果底板 底臌严重 ， 维护非常困难 ， 一 2 5 0水平 由于开采深度大 ， 无论 压力显现和对巷道的破坏 ， 都高于 一1 08 水平 。 但压力分布状 态与 一1 08 水平大同小异。 2 1 2 1 0 1 小面运输巷距大面 8 0 m， 与大面同时成巷 ， 大面 开采期间此巷道全部压垮 ， 最后进行 了重新掘进 ， 这正是在 一 250 水平采场超前压力峰值的范围内， 也就是弹性变形区， 又因此处地质构造复杂 ， 煤体强度高于底板 ， 所 以巷道破坏， 首先从底臌开始到两 帮， 继而引起全面破坏 ， 这就说明此巷 道的布置位置不 当， 正好在 1 2 1 0 1 大面的侧向应力峰值区域。 由于应力集中， 造成此巷道的破坏 ， 这也说明 一250 水平的应 力分布虽与 一1 08 水平 相似 ， 但 其强 度 和影响距离 要大 于 一 1 08水平很多 。根据观测 ， 一250 水平采场超前影响范围为 1 2 0 ～1 5 0 m， 是 一1 08 水平 的 3 ～ 5倍， 最大可达到 1 8 0 m 特殊 地质条件 ， 其峰值可达 3 0 6 0 m左右。 3 送巷时间的确定 根据观测表明， 工作面停采后， 支承压力明显活动期为 停采后 1 个月左右 ； 支承压力稳定活动期为停采 后 2～ 7 个 月 ； 支承压力最终稳定期为停采 8 个月以后。如图2 所示。 根据观测与曲线分析。 沿空送巷的最佳时间为采场全部 稳定以后， 即工作面停采 8 个月后， 使因接续紧张或其他原 因等要在采场支承压力未稳定时间内进行巷道掘进， 最好也 要避开工作面停采 1 个月内的剧烈活动期后进行 ， 因为这时 候进行掘进， 在采场周边残余支承压力的作用下 ， 上覆岩层 在明显运动 ， 应力集 中， 会给巷道掘进和支护造成较大困难。 1 0 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 B 9 1 O l 1 图2 工作面停采后支承压力分布稳定 时间图 如顶板下沉、 巷道底臌、 两帮内挤等。例如 1 1 2 1 0 1 小面材 料巷在大面 2 0 0 1 年 3 月采完后 ， 当月进行 小面材料巷 的施 工 ， 沿空留设 5 m煤柱 ， 结果造成巷道底臌 、 两帮内挤 ， 部分棚 顶被压断， 巷道压力显现较明显。 2 1 1 203 运输巷 2 O 0 2 年 4 月份开始施工， 棚反拱喷浆支护 ， 上部为单棚， 棚距 0 ． 5 m ， 下 部为双棚 ， 棚距 0 ． 7 m， 留设 5 m护巷煤柱。施工时间距 1 2 1 0 1 小面停采 9 个多月 ， 掘进期间状态 良好 ， 没有 出现较大 的压 力显现。这说明在采场支承压力稳定后进行掘进， 能够保证 巷道安全和质量要求。 5 小煤柱扩巷在洼里矿的应用及存在的问题 洼里煤矿 1 9 9 2 年 以前基本都是 大煤 柱护 巷， 到 1 9 9 2年 8 1 02 工作面开采时， 8 1 04 材料巷距 8 1 02 工作面 20m时被压坏 后 ， 从六采区和 一 2 5 0 水平十采、 九采区、 十二采区便都是采取 小煤柱护巷， 支护方式虽然有所不同， 有料石圆碹、 钢棚返拱 等， 但在保证送巷时间和推采速度的前提下， 完全能保证工作 面的正常回采， 实践证 明是成功的。由于小煤柱护巷巷道处 于塑性区， 煤体裂隙发育 ， 给采空区防灭火工作造成一定 困 难， 为防止采空区 自 燃发火， 洼里矿加强了对回采工作面浮煤 清扫的管理， 减少采空区的残煤量， 并对采用架棚反拱支护形 式巷道的围岩进行喷浆封闭， 防止向采空区漏风。 6 结论 三软岩层 5 m小煤柱护巷在临近采空区支承压力相对稳 定后送巷。 根据洼里矿近十几年来现场施工的实践证 明是成 功的， 能够保证工作 面正常 回采过程中对通风 、 运输 和行人 需要， 保证安全生产。 维普资讯