对煤矿井巷支护方式的探讨.pdf

面K u a n g S h a n 对煤矿 井巷支护方式 的探讨 口 文／ 李 华雄 以松木为主要材料的木支护方式至 今在南方煤矿区仍占7 0 ％以上 ，绝大多 数煤矿在回采工作面及煤巷掘进中基本 使用木支架。因此 ，如何解决巷道开拓 在煤层中，既要安全进尺到指定位置 ， 以提高煤炭资源回收率，又要千方百计 降低百米巷道维修费用，这样 ，对支护 方式的探讨就具有其重要意义了。 本文对 回采煤层顶区时，上风巷下 底梁支护和在中厚煤层或 “ 鸡窝”状煤 层等构造带 中的掘进支护方式作如下 探讨 一 、本文所述该矿煤系地层属上三迭统 焦坑组 。系山麓堆积相一冲积相与湖泊 相 ，岩相变化复杂 煤层位于焦坑组下段 ，该矿区共有 1 7 条较大的断层。掘进片盘回风巷时， 由于上分层 回采面及顺槽地段 回柱质量 差或上分层留存的孤立煤柱等都因对地 应力规律未掌握， 而造成风巷、顺槽 、开 切 眼等巷 道施 工中 ，饱 受压力破 坏之 苦 ；另一方面，回采面倾角变化大，其 直接顶属二类顶板，易冒落底板其基底 不平 ，底豉频繁；煤质上松下硬依次为 粉煤 、互层煤粉块煤 、块煤 ，煤层节理 发育，结构复杂 。这一切都给掘 、采时 的支护方式和吨煤成本的控制带来很大 困难 。 二 、 回 风 巷 掘 进 中 的 下 底 梁 支 护 工 艺 试验 ． 1 、试验理 由。以顶区采面上风巷为 例。该矿上风巷沿煤层跟顶板掘进 ，采 用直径2 O 公分的1 ． 6 米长梁 ，2 ． 2 米棚腿的 单体木支架支护。由于各种因素造成在 地应力集中区内施工 ，即使沿空送巷 ， 巷道也难以维护 ，常常打完5 O 米煤巷则 要全面落轨道整改一次以上，折断率达 4 0 6 0 ％，局部地段竞高达 fJ 8 o ％。随着 回采面推进 ，距上出口5 O 米内巷道急骤 下沉，这给生产过程带来很大的不便和 威胁 ，于是笔者提出在上风巷施工中采 用下底梁支护实验。 2 、试验 目标。 1 当月的煤巷折 柱率应 小于 1 0 ％，做到少修 护 、少落 道； 2巷道断面维持时间要能在三个 月左右，上出口净高不小于1 ． 8 米，净宽 不小于1 ． 6 米 ； 3巷道单体支架下沉 量要小于3 O 公分。 3 、理论依据。 1 矿压的传播机 理 掘进中的煤巷受上部采动或爆破力 影响，围岩的应力在施工区域内重新分 布，巷道上方岩柱下沉 ，分力转移到巷 道两邦及底板上，使支架棚腿受侧压力 及 底板鼓 力所 形成 的集 中地 应力破 坏 。 当集 中应 力超过 围岩极 限及支架强度 后 ，巷道变形 ，支架下沉快。传统矿压 理论认为，支架下沉及折断都由顶压造 成。而新矿压理论则认为支架支护的 关键重点不是顶板 ，而是底板的鼓起 力。这一理论，笔者在该矿实践观测中 得到证实。 支架受力分析 上复岩层的重量分解作用于支架两 侧压力和地板鼓力，按计算公式 P 坝 IJ 压 。 2 h o h I t ≯ m P 底压r 0 h 0 h d ⋯ t g 9 0 。 - 2 击 一 l t m r n 两邦煤或 岩石容重h i 巷道 高度 h 巷道上方 自然拱高度 岩石内摩擦角 计算表明其横轴方向上产生的抗 压强度大约3 倍于纵轴方向上 的抗弯强 度 ，产生的底板拱起力与支柱底部截面 大小成反 比。故下底梁的支架其底部受 维普资讯 K u a n g S h a n 衄■珊 力面积为不下底梁的3 ～5 倍， 使巷道压力 减小，整体支护均匀、稳定性好。该矿 在新付井过流沙层施工中采用反拱法施 工 ，取得了很好效果 ，但在上下风巷与 顺槽搞反拱法则成本过高且 因巷道断 面狭小而不易执行 ，因此 只有使用下 底梁 法 2 实 例 1 9 0 N 5 上 风 巷 从 1 月 1 1 日开始下底梁试验 ，当采煤工作面由 北 往南推进7 0 米时 ，煤巷掘进 队将上风巷 移交给采一区验收，验收小组一致称赞此 上风巷为我矿历年来支护最好的巷道 ，其 平均净高1 ． 8 0 米 ，宽1 ． 7 至1 ． 8 米左右。掘 完l 0 9 米时仅落道一次，平均降轨道2 O 公 分当掘完 l 4 0 米后全面落道一次，平均 落道3 O 公分 ， 用去4 5 个工 日。巷道 平均 下 沉量为l 厘米／ 日，全巷安全状 况 良好。实 验证 明由重点对顶板的支护改为对底板 的支护则 可 以有 效减轻 减缓 支架受 压状 况 ，达到安全 、方便之 目的。 三 、中厚煤 层或 构造带 中掘进 支护 方式 试验 1 、中厚 煤层 跟 底 板掘 进 的 支护 方 式该矿 和南方 许多 煤矿 一样 ，中厚 煤 层或边角 “ 鸡窝状”煤柱 ，一般采用 高落式 回采法时 ，其巷道压力大 ，相 对移近量快 ，折柱字高过7 0 ％，采 面 回收率仅达3 5 ％～4 0 ％，还因此发生伤 亡事故多起 。笔者根据现状改为 主 毛洞打 1 ． 62 ． 2 料 ，每隔煤柱5 - 6 米开 支毛洞 1 ． 42 ． 0 m米 为主要 的残 采方 式 。 由 于 跟 底 板 掘 进 的 主 毛 洞 其 煤 质 上 软 下 硬 ，因 此 在 掘进 中 放炮 后 上 部 易 冒顶 ，其矿 压显现 的规律 为 支架 首 先 受 力 于 变 形 地 压 ，且 侧 压 大 于顶 压 。 支架 支 承 后 期 ，呈 松 脱 地 压 规 律 即顶压大于侧压 。冈此我要求支护方 式上应根据阶段性特征 ，采用有效措 施 ，效果 如下 ① 1 9 8 3 年 l 0 月采 煤二 区在 一号井 3 S 0 过断层，笔者采用强力支护，并将三 台链板机道穿人减压区内送巷。该百米 巷道使用达两个半月之久，共采出原煤 l 7 4 0 0 吨 ，安 全生产状况 良好 ，强 力支护 法首获成功 。 ② 1 9 8 4 年1 1 月采三区在s 5 N槽残采 煤柱，先跟顶板打顺槽 ，两台链板机道 采用1 ． 6 2 ． 2 m 料支护，由于无强力支护 措施 ，开掘 后二 十天 内支架折 损率 竞达 8 0 ％。笔者下令整改并在第三台链板机 道采用双抬栅支护法后 ，侧压 、顶压均 较稳定，一个月内折柱率仅1 0 ％。 二十年来的井下现场管理工作，笔 者认识到一是采准巷道的顶区上风巷 与顺槽 支护出 口均宜采用 1 ． 8 米 梁 ，2 ． 2 米 腿的大断面掘进，采用下底梁支护或下 底梁加单抬棚支护或下底梁双抬棚支护 等强力支护方式。均可使上下风巷安全使 用长度由9 0 米加大到1 5 0 米，维持时间从 1 个 月延 长 到3 个月 以上 。二是 跟顶掘 进 时，对巷道支架的支护重点应由对顶板改 为对底板的支护。三是根据新矿压理论及 其在该矿 的分布规律，跟底板进尺中可以 将过空顶 区以搭木垛 的主要 方式改为棚上 架栅过顶方式 ，可节约大量坑木 。四是因 为巷道交叉点是应力集中区，故无论是顶 区或底区的巷道开 口或贯通点均宜以双抬 棚或双对棚的强力 支护 。 2、水 采 底 区 的 地 质 构 造 与 支 护 方式 。该矿水力复采 由于旱采顶Ⅸ已 开采数 年 ，顶板 冒落 ，裂隙带得 以充 实 ，地表水下渗，使再生顶板胶结好。 但从开掘采准巷道到开枪 回采 ，巷道维 护时间须达3 个月之久 。由于巷道 独头 掘 进，回风困难 ，故温度高 、湿度大，木 支柱容易腐烂。 笔者认为，水力采煤巷道支架受压 变形 ，主要 是松 脱地 压 ，故 宜 以防漏顶 并加 强支 架间 的稳定性 。可 打 巾抬 棚加 厚背 板支 护 ，棚距应 由7 0 厘米 改 为5 0 厘 米为宜。若当巷道在煤柱中掘进时，支 架主要 承受变 形地 压影响 ，其侧 压大 ， 底 压较 明显而 顶压较 小 ，所 以可用 双抬 棚支护法等维持巷道净高与净宽。 随着松木资源短缺 ，坑木的一冉提 价 以及 木支 护方式 一般 不能满 足地压 严 重 的巷道之有效支护， 如漳平煤矿等。笔 者对石门与联络眼巷道采用了金属可缩 性u 型支架 ，对岩石运输大巷巷道支护 则采用光面爆破技术和锚杆支护工艺或 超前锚杆控顶技术等，都在该矿广泛应 用 ，收效甚好。■ 维普资讯