高瓦斯条件下联合支护技术在过断层中的应用.doc

２００９年１２月 矿业安全与环保 第３６卷第６期 高瓦斯条件下联含支护技市 在边断层巾的应用 孙亮１”，王景义２ （１．安徽理工大学地球与环境工程学院，安徽淮南２３２００ｌ；２．淮南矿业集团潘二煤矿，安徽淮南２３２０９１） 摘要淮南矿业集团潘二矿地质构造异常复杂，构造极其发育，目前大部分煤巷及半煤岩巷掘进工作面均为高瓦斯掘进工作面。为保证断层带掘进施工的安全和施工进度，利用超前探孔、瓦斯抽采孔等技术提高断层构造预测预报的准确性，进而为安全施工提供技术保障。阐述了过断层联合技术方案，分析了施工效果。实践证明，该方案既排除了瓦斯对掘进施工的威胁，又达到了良好的支护效果，提高了掘进施工进度。 关键词高瓦斯工作面；过断层；超前探孔；联合支护中图分类号ＴＤ３５３＋．６ 文献标志码Ｂ 文章编号１００８４４９５（２００９）０６００５０一０２联巷Ｆｘｌ断层为例进行分析，Ｆｘｌ［４５。，日＝５．０ ｍ １地质概况 淮南矿业集团潘二煤矿地质构造异常复杂，因受南北方向的地应力强烈作用，井田内的大中型断层和褶曲极其发育，有编号的正断层有５２８条，逆断层有８５条，其中落差大于２０ｍ的断层有５４条，落差在１０２０ｍ的有２５条，落差小于１０ｍ的有６１条。井田断层数量多、规模大，导致煤层被切割破坏严重，给正常的采掘工作面布置和开采，以及煤炭资源的充分回采带来极大困难。在构造带附近，受应力作用影响，顶板不易控制，对掘进施工极为不利，而且断层带附近煤体内瓦斯含量大，致使掘进工作面频频出现瓦斯超限现象。 潘二煤矿属高瓦斯矿井，同时又是煤与瓦斯突出矿井，１０个可采煤层的煤尘均具有爆炸危险性，４１煤层为强突出煤层，３，１ｌ一２煤层按突出煤层管理。由于构造异常复杂，目前大部分的煤巷及半煤岩巷掘进工作面均为高瓦斯掘进工作面，严重威胁着矿井的安全生产，制约着矿井生产能力的发挥。迫切需要对煤、半煤岩巷掘进工作面的冒顶事故、高瓦斯问题进行综合治理与研究。为了解决这一难题，确定采用打抽采钻孔、加强支护方法来改变现状。现以淮南矿业集团潘二煤矿１１３２７工作面回风 收稿日期２００８一１０２２；２００９一０８２０修订 作者简介孙亮（１９８０一），男，安徽铜陵人。工程硕士研究生，助理工程师，中国煤炭学会会员，现在潘二煤矿综掘三队从事井下安全技术管理工作。 ・５０・ 正断层，先通过打抽采钻孔抽采瓦斯，并由施工的抽采钻孔和超前探孔获得的资料，对断层进行控制，在过断层中运用了高强度预应力锚杆、ｗ钢带、金属网、锚索、单体液压支柱和打超前锚杆的联合支护技术。 ２断层构造预测预报 ２．１ 已知断层预测预报 要准确预测预报掘进前方已知断层构造，就必 须对掘进块段煤层赋存情况、构造分布规律、煤层顶底板岩性组合特征及标志层等进行分析与研究，充分利用邻近采掘揭露资料及钻探、三维地震勘探资料，并考虑延伸断层及三维地震控制断层可能摆动范围（在倾向方向上可能有２０～３０ｍ前后摆动），确定断层位置后及时下达预报通知书。巷道掘进至距断层摆动最近位置法线距离１０～２０ｍ时每循环施工瓦斯抽放孔要增加布置ｌ一２个至少３０ｍ深的顺层前探孔，且前探孔必须先行施工，若前探孑Ｌ均未见断层，其余瓦斯抽放钻孔可按正常钻孔参数施工；若有１个或２个孔探测前方可能存在断层，则必须增加足够数量的前探孔，探明断层赋存情况。根据前探钻孔见煤、见矸岩性等资料，并结合煤岩层赋存特征，用几何作图法确定断层位置及产状，瓦斯抽放钻孔在调整参数后再施工。这样，既减少了施工工程量，又达到了安全生产的目的。２．２未知断层预测预报 掘进工作面前方未知隐伏小断层构造难于防 万方数据 ２００９年１２月 矿业安全与环保 第３６卷第６期 范，更易造成瓦斯异常涌出或煤与瓦斯突出，为此提前预知断层位置及产状，并采取有效措施是预防瓦斯超限、突出的关键。当抽放钻孔见煤资料出现异常时，则对钻孑Ｌ见煤资料进行几何作图分析，并在三维地震动态解释工作站上切出时间剖面，结合地震波形特征，分析断层位置及产状。若断层赋存尚不明确，再结合块段构造规律，辅以必要的前探孔，直到探明为止。 ２．３预测预报准确性分析 受各种因素的影响，对于落差小于ｌｍ的断层，利用瓦斯抽放钻孔资料很难预计，一般断层落差越大，准确性越高。做好高瓦斯煤层掘进巷道的断层预测及瓦斯防治工作是巷道安全施工的有效保证。巷道掘进过程中根据瓦斯抽放孔、前探孔以及三维地震勘探等资料，开展断层构造预测预报，及时进行分析总结，并采取科学合理的技术措施，防止因断层影响发生瓦斯异常涌出。 ３过断层的安全隐患及瓦斯防治对策 ３．１ 过断层主要安全隐患 构造带往往是瓦斯的富积带、地应力异常带，在 断层带及其附近掘进时易发生煤与瓦斯突出。潘二煤矿在掘进过程中，多数瓦斯异常涌出与断层构造密切相关，瓦斯异常涌出时有发生，有时甚至酿成重大瓦斯突出事故，严重威胁矿井安全生产。另外，断层附近煤层顶板裂隙发育，易发生冒顶事故，对巷道支护有一定影响。准确预测预报断层构造，并采取有针对性的瓦斯防治、顶板控制措施，能够大大减少巷道过断层施工过程中的安全隐患，避免瓦斯超限、煤与瓦斯突出事故的发生，确保矿井安全生产。３．２过断层瓦斯防治对策 必须及时根据探明的断层位置及产状，修正抽放钻孔施工参数，严密控制断层两盘煤层及断层破碎带，扩大抽放范围，必要时在巷道两帮施工钻场打帮孔至断层面进行抽放。当工作面检验孔检验正常或抽放孑Ｌ控制范围内瓦斯抽放率达到３０％后方可恢复施工，否则必须补打抽放钻孔直至符合要求。掘进工作面在钻场帮孔或掘进工作面帮孔连续抽放掩护下过断层，同时采取加强支护、超前支护、加强瓦斯监测等专门措施，消除安全隐患。 ４断层区域掘进施工方法 ４．１超前锚杆支护 在过断层的巷道施工中，超前锚杆支护是对开挖面前方的不稳固围岩进行预先加固，以防止围岩 万 方数据在开挖后坍塌。笔者分析和总结了国内外学者关于断层破碎带超前支护理论的各种研究成果，认为超前锚杆支护机理应为在巷道未开拓前，由于内部各方向应力平衡，破碎体处于稳定状态；巷道开拓后，巷道方向的应力被解除，破碎体因受到一个指向巷道的应力（顶板压力）的作用而处于不稳定状态，逐渐产生离层，直至整体垮落。在巷道未开拓前，预先向破碎体内部打人多根锚杆，通过锚杆的锚固作用，一方面自身形成了一个有一定强度和刚度的块体（梁），使块体内部的破碎岩层不产生或产生较小的离层，防止了破碎岩体的风化和开裂扩展，使整个块体自身达到稳定状态；另一方面，破碎岩石块体通过超前锚杆锚固力作用与直接顶或老顶形成一个整体，从而增强岩体自承能力，达到支护的目的。４．２临时支护紧跟工作面 在过断层的巷道施工中，施工超前锚杆的目的是对开挖工作面前方的不稳固围岩进行预先加固，以防止围岩在开挖后坍塌。在巷道掘进施工中采用单体液压支柱紧跟工作面支护，能够最大限度地缩短顶板裸露时间，使顶板得到及时的维护，有利于顶板的控制和防止片帮，减小两帮维护难度。 ４．３ 缩小锚杆排距。强化锚索补强作用 断层附近的岩层受地质作用的影响，与正常状 态比较，已变得很不稳定，要获得理想的支护效果，就必须加大锚杆、锚索的支护密度，使岩层能够保持最大程度的完整性，并在岩层稳定性最差处加大锚索的锚深，以强化局部锚索的悬吊作用拉Ｊ。锚杆排距７００ｍｍ，每排施工２根锚索。当顶部锚杆生根在煤体里时，每排施工３根锚索，其长度可以由６．５ｍ 调整为８ｍ。这些参数在过１１３２７工作面回风联巷 Ｆｘｌ断层中，经实践检验是较为成功的。 ５结论 １）超前预测断层位置及产状，巷道施工时可提前调整坡度，减少岩巷工程量，提高掘进速度，并及时制订顶板控制、瓦斯防治等安全技术措施。确定断层构造存在的可能性并结合钻孔施工资料，提高断层预测预报的准确性，制订合理的安全措施。积极探索矿井构造规律、瓦斯赋存规律、瓦斯异常涌出以及煤与瓦斯突出与地质构造的关系，做好地质构造预测预报，制订科学合理的瓦斯防治对策。在预测预报的基础上，做好过断层期间的施工工艺和支护参数调整，通过抽采钻孔保证高瓦斯条件下巷道瓦斯不超限。 （下转第５４页） ・５】－ ２００９年１２月 矿业安全与环保 第３６卷第６期 图３锚网支护巷道最大主应力等值线图 ４ 图６全锚索支护巷道围岩塑性区分布图 结论 １）采用数值分析方法，对阳泉五矿８１２０工作 面回风巷进行数值分析。分别对锚网和全锚索２种支护技术进行数值模拟和分析，结果表明，顶板锚杆、锚索支护对巷道围岩的稳定性都起到重要作用，由此说明了锚固技术在阳泉矿区采场巷道中的应用是切实可行的。 ２）全锚索支护的效果更为明显，建议采用全锚索支护形式；采用全锚索支护的极松散煤层巷道，底 图４全锚索支护巷道最大主应力等值线图 板往往是巷道变形破坏的突破口【３一Ｊ，应注意对巷道底板进行必要的加固处理，或及时清底铲平，以满足使用与安全要求。 ，Ｉ●ｃ，．●● 参考文献 ［１］祝江鸿，杨建辉，叶良．轻放工作面巷道顶板全锚索支 护技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２００７，３５（１１）． ［２］韦寒波，高谦，余伟健，等．大断面硐室开挖支护与围岩 稳定性分析［Ｊ］．中国矿业，２００７，１６（１０）． ［３］高谦，刘福军，赵静．一次动压煤矿巷道预应力锚索支护设 计与参数优化［Ｊ］．岩土力学，２０ｃ１５，２６（６）． ［４］高谦，宋建国，余伟健，等．金川深部高应力巷道锚喷支护 设计与数值模拟技术［Ｊ］．岩土工程学报，２００ｒ７，２９（２）． ｒ－ｏＩ＾●ｔ●’ －ｍＪ‘ｌｎｔ▲ｔ‘， ■ｔｏ， Ｃ●■Ｉ●，ｌ●● ■●’，■ Ｘ●ｔ－‘－ｌ川ｔｎ’ ｌ， －＿’－＾，＇｝－ｂ， 讳；０‘ 眺 ； ，－ｙ＾－’Ｙ’ｆ三二搿淄※ｉ －Ｊ，＿＾－ｘ ｙ，，，■、 图５锚网支护巷道围岩塑性区分布图 （责任编辑李 琴） （上接第５１页） ２）巷道掘进作业中，采用超前锚杆支护技术，结合锚梁网支护技术，不仅节省了大量的支护材料费用，而且提高了掘进速度，减小了对围岩的破坏程度，增强了其自身支撑力，降低了发生冒顶片帮事故的风险；爆破后巷道成形规整，超挖、欠挖量少，减少了出矸量和装、运岩时间，降低了器材消耗，减小了劳动强度，为矿井节省了大量成本。 ３）这种过断层的综合方式，其经济效益和社会 效益十分可观，具有一定的推广价值，在有条件的情况下矿井应大力推广使用。 参考文献 ｎ１芸耋凳主慧；嚣暑篙｝巷道顶板的加剐‘机械 ［２］卢二虎，马志刚．大断面巷道过断层破碎带的掘进与支 护方法［Ｊ］．煤矿支护，２００５（３）３０一３Ｌ （责任编辑吕晋英） ・５４・ 万方数据