关于快速掘进巷道矿压的管理与控制.pdf

鼍．．甏 疑 豫 关于快速掘进巷道矿压的管理与控制 沙清强 鄂尔多斯市神东工程设计有限公司0 1 7 2 0 9 【 摘要l近年来， 神东矿区高产高效矿井的建设一直被视为行业典 范。 作 为高产高效矿井建设的重要一环 ， 巷道 的快速掘进技 术也在神 东矿 区不断普及与发展 。然而， 以布尔台煤矿为代表的神 东矿区北部矿区， 因地 质构造较为复杂， 在推广快速掘进技术过程中 ， 受到矿压显现的影响较为 严重， 严重影响了 巷道掘进效率及成形质量。 本文中 我们重点针对快速掘进 巷道 中矿压形成机 理进行 分析， 对现场矿压 监测及管理措 施进行探 究， 以 得 出对快速掘进巷道 的矿压管理与控制的改进性意见。 【 关键词】 快速掘进； 矿压显现； 管理与控制 1 ． 矿井简介 ’ 布尔台井 田位于内蒙古自 治 区鄂尔多斯市伊金霍洛旗 简称 “ 伊 旗 ” 之 东南 ， 属布尔台乡管辖 。 根据 内蒙古 自治 区东胜煤 田布尔台井 田煤炭资源储量核实报告中划定的储量核实范围， 其地理座标为 东 经1 0 9 。 5 2 1 4 ～I 1 0 。 0 5 0 5 ， 北纬3 9 。 2 3 1 0 ～3 9 。 3 2 O 0 布尔台 井田为一多边形， 东西长6 ． 8 -1 8 ． 4 k m， 南北宽2 ． 2 ～1 6 ． 3 k m。 其面积为 1 8 5 ． 2 3 k m 。 本区域大地构造单元属于鄂尔多斯台向斜， 其轮廓为一极 其平缓、 开阔的不对称向斜， 向斜轴部偏西， 东翼较宽缓， 西翼较陡。 向 斜四周构造复杂， 内部构造简单。 东胜煤田基本构造形态为一向南西倾 斜的单斜构造， 岩层倾角1 ～3 。 ， 褶皱断层不发育， 但局部有小的波状起 伏无岩浆岩侵入属构造简单型煤田， 矿井主采煤层为2 2 煤 1 4 - 2 煤。 2 支护方式设计 现以矿井4 - 2 煤盘区辅运大巷为例， 对矿井的巷道支护方式进行设 2 ． 1 巷道断面形状及支护方式设计 布尔台矿井下巷道大多沿煤层布置， 以煤巷居多， 少部分半煤岩巷 道 。4 -2 煤 层顶板岩 性 为砂质 泥岩、 粉 砂岩及 细粒 砂岩 ， 底板 以砂 质泥 岩、 粉砂岩及砂岩为主。 根据矿井前期生产实践经验， 采用常规支护是 可行的。 巷道断面尺寸均考虑机电设备尺寸及通风、 行人的需要， 并留有 一 定的富裕系数。 确定辅运大巷巷道断面形状采用矩形， 巷道断面尺寸 为宽 高 5 ． 4 m 4 ． O m。 巷道支护形式为 巷道顶板采用 “ 锚杆 钢筋 网 锚索 钢带 喷砼” 联合支护； 两帮采用 “ 锚杆 冷拔丝网 喷砼” 联 合支护， 围岩较破碎地段采取加强支护。 2 ． 2 支护参数设计 1 采 用类 比法选择 支护参数。结合 布尔台矿巷 道支护方 式 、支 护 工 艺 与 技 术 参 数 研 究 研 究 报 告 及 布 尔台 煤 矿长 期 支 护 经验， 确定4 - 2 煤盘 区辅运大巷 的支护 方式为 1 顶板支护 “ 左 旋无纵筋螺纹钢锚杆 中6 ． 5 mm钢 筋网锚索 型钢带” 。 锚杆 规格为 2 2 2 2 0 0 mm， 间排距为1 0 0 0 X 1 0 0 0 mm} 钢筋网规 格为 中6 ． 5 mm， 网孔1 2 0 1 2 0 mm。 锚索规格为中2 2 X 8 0 0 0 mm， 间排距为 2 1 0 0 X 2 0 0 0 mml 型钢带规格为4 6 0 0 1 4 0 8 ram， 每2 米1 条。 2 两帮 支护“ 螺纹钢锚杆 冷拔丝网 喷砼” ， 锚杆规格为 1 8 X 2 1 0 0 mm螺 纹钢 锚杆 ， 间排 距为8 0 0X 1 0 0 0 mm； 冷拔 丝 网尺寸为4 0 0 0 X1 2 0 0 mm， 丝径 4 ． 5 mm， 网格l 1 0 1 1 0 ram。 顶帮喷砼厚度均为8 0 mm， 强度为 C2 0。 2 采用计算法校核支护参数。 1 顶锚杆通过悬吊作用， 帮锚杆 通过加 固帮体作用， 达到支护效果的条件， 应满足 L ≥L l L k 普氏免压拱高． b [ B ／ 2 H t a n 4 5 。 一 ∞ ／ 2 ] ／ f b [ 5 4 0 0 ／ 2 3 8 0 0 x t a n 4 5 。 - 6 3 ． 4 3 。 ／ 2 ] ／ 3 1 1 9 9 mm c 3 8 0 0 X t a n 4 5 。 一 6 3 ． 4 3 。 ／ 2 8 9 7 mm 顶锚杆长L 3 0 1 1 9 9 8 0 0 2 0 2 9 mm 帮锚杆 长L ≥1 0 0 8 9 7 6 0 0 1 5 9 7 mm 依 据 上 述 公 式 计 算 可 知 选 取 的 顶 锚 杆 长 L 2 2 0 0 mm2 0 2 9 mm， 帮 锚杆 长L 2 1 0 0 mm1 5 9 7 mm。故所 选锚 杆 长度均能满足设计要求。 2 按锚 杆所 能悬 吊的重量校核锚杆 的排距 每根锚杆悬吊岩体重量GY L ， a ， 锚杆锚 固力Q应能承担G的 重量。 为安全起见， 再考虑安全系数k ， 取k 2 。 即， k G 上接第1 8 7 页 快 ． 不利于稳 产。由于排 距缩小 ， 裂缝开 启后不易闭合， 使注 水结 构调整 控制含水难度加大。 二是井网密度较大， 经济效益较差。 3 7 O m 排距的加密调整效果分析 结合2 1 2 m排距的原井网， 数值模拟和现场试验的结果表明 7 O m排 距的线状加密注采系统调整适合扶余油层二类区块。 自2 0 0 3 年开始对二类区块进行一步到位的加密与注采系统调整， 采用7 0 m排距的线状洼水井网， 共加密油水井7 2 口， 其中油井4 4 F J ， 加 密水井2 8 口， 同时将l 5 口油井转注， 7 口注水井转抽。 1 茂l o a n 密井区调整效果显著 茂l o a n 密井 2 0 0 5 年- 2 0 0 6 年共加密油水井4 7 口． 其中油井2 9 口， 水井1 8 13， 油转水9 口， 水转油4 F I 。加密调 整 后， 加 密井 区平均 单井 E l 产 液 由1 ． 3 r E 升 到5 ． 0 t ，E l 增液3 ． 7 t ， E l 产油 由1 ． 0 t _ k升到1 ． 8 t ， 日增 油0 ． 8 t ， 采油速度由0 ． 2 3 ％ 上升到O ． 9 8 ％， 采出程度由3 ． 7 3 ％到4 ． 7 9 ％， 加密调整 效 果明显。 综上所述 7 o r a t t E 的加密注采系统调整， 能够有效地改善扶余油 层二类区块的开发效果， 下一步应进一步在二类区块推 四、 结论 l 、 头 台油田扶 余油 层 属于 低渗 透裂缝 性油 田， 实践 证明基 础反九 点法井网注水方式适应性较差。 注采系统调整后含水上升势头得到控 制， 但未能从根本上解决开发中存在的矛盾， 因此必须进行井网加密调 整。 2 、 理论研究认为头台油田二类油层有效驱动排距为8 9 m。 加密调 整井网设计应以此为基础缩小排距形成有效驱动体系。 3 、 7 0 m排距的现状加密注采系统调整能够很好地改善二类区块的 开发效 果。 4 、 由于排距缩小， 油井控水难度加大， 限压注水控制含水上升速 度效 果明显 。 参考文献 [ 1 】 李莉， 韩德金， 周锡生． 大庆外围低渗透油田开发 技术研究 大庆石油 地质与开发， 2 0 0 4 ， 5 2 3 ． [ 2 】 孙庆和， 何玺， 李长禄． 特低渗透储层微 裂缝特征及对注水开发效果 的影响． 石油学报 ， 2 0 0 0 ， 2 1 4 1 9 0 【 上接第1 8 8 页 一 ～ {}} r { } 多 垂 P 一原始应力切向应力p i --支护阻力8 -巷道半径R 一塑性区半径 A 一破裂区 B 一塑性区c 一弹性区D 一原始 应力区 式、 改进巷道支护提供科学依据。 4 ． 1 综合监测内容 主要 有巷 道 表面位移 的 观测 巷 道顶 底板 、 两 帮的 相对 移近 量 、 顶板下沉量、 底臌量； 顶板离层的观测 锚固区内、 外顶板岩层的位 移 ； 锚杆 素 受力的观测 顶帮锚杆及锚索的受力分布 及巷道断面 收缩率和破坏状况统计等几个部分， 如表所示。 一般每5 0 m设一个， 每 个综 合测站 包括一个锚 杆受力监测断 面、 一个 位移监测断 面、 一 个顶板 离层监测断面， 巷道综合监测内容参加下表。 序 号 项 目 内容 巷 遭顶底板 、 两帮的相 对移 1 巷 道表面位移 近量 、 顶板 下沉 量、 底臌 量 2 顶板离层 锚固区内、 9 1、 顶板岩层的位移 3 锚杆受力 顶帮锚杆的受力分布 4 锚索受力 顶板锚索的受力分布 巷道断面收缩率 巷道围 5 巷道断面收缩率和破坏状况统计 岩位置和破坏程度 4 ． 2 日常监 测 锚杆支护正常施工后， 还要进行日常监测， 确保巷道的安全状态。 日常监测主要有 三部分 内容 锚杆 锚固 力抽测 、 顶板离 层观 测和锚 杆预 紧力矩检测 。 5 、 矿压管控建议 布 尔台矿 的矿 压 显现 形式 在巷 道 掘进 过 程 中表现 为 巷 道片 帮严 重， 在后期维护过程中表现为垮帮、 底鼓严重。 针对这种情况， 当巷道 轻微片帮时， 可在片帮位置处的冷拔丝网与实体帮部之间用煤块或木 托盘填实， 保证帮网紧贴煤帮且帮锚预 紧力达到设计值。 当片帮严重 时， 可采用 “ 锚索 型钢带” 进行补强支护。 另外， 在巷道成形后要及 时进行喷砼施工， 避免煤帮氧化造成片帮加剧。 对于底鼓， 对受采动影 响较大的巷道要提前采取支护地锚、 支设点柱等预防措施； 当巷道出现 底鼓现 象 ， 以致 影 响正常行人 、 行车 、 设 备布 设和 通 风安 全时 ， 要 及时 起底。 同时， 要加强矿压监测工作， 根据矿压显现规律及时调整支护方 式， 并采取必要的补强措施。 参考文献 【 1 】 柏建彪 ， 王卫军， 侯朝炯， 黄汉富． 综放 沿空掘 巷围岩控 制机理及 支护 技术研 究[ J ] ， 煤炭学报 ， 2 0 0 0 0 5 【 2 】 徐 学锋， 窦林名 ， 刘军， 崔晓晖， 张银 亮， 姚喜渊 ． 煤矿巷道底板冲击矿 压发生的原因及控 制研 J 】 ． 岩土 力学， 2 0 1 0 【 5 1 李文龙 ． 风凰山矿沿空掘巷矿压研完【 J 1 ． 矿山压 力与顶板管 理 ， 2 o o 4 o 2 [ 4 ] 陈蓥． 同 忻煤矿地质动力环境分析与矿压显现规律研 D 】 ． 辽宁工 程技术 大学， 2 0 1 2 ． I 5 ] 钱鸣高． 矿山压 力与岩层控制[ M ] ． 中国矿业大学 北京 ， 2 0 0 3 ．