深部开采冲击矿压矿井大断面巷道支护的探索.pdf

第 1 5卷 第1期 总第 9 2期 2 0 1 0年 2月 煤 矿 开 采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 5 N o ． 1 S e r i e s N o ． 9 2 Fe b r ua r y 2 01 0 深部 开采冲击矿压矿井大断面巷道支护的探 索 刘 军 ，杜青炎 ，韩荣军 1 ．义马煤业有限责任公司 矿压研究所 ，河南 义马 4 7 2 3 0 0 ；2 ．义马煤业有限责任公司 ，河南 义马 4 7 2 3 0 0 ； 3 ． 中国煤炭学会 岩石力学支护专业委员会，北京 1 0 0 0 1 3 [ 摘要] 对跃进煤矿锚网索支护与锚网索 “ O”型棚复合支护效果进行对 比及矿压监测数 据分析，找到了适合深部开采冲击矿压矿井的巷道支护形式，提高 了巷道抗冲击强度，缓解了底板型 冲击矿压对巷道的破坏，在跃进煤矿2 3 1 3 0工作面下巷应用后取得了显著的经济效益和社会效益。 [ 关键词] 深部开采；冲击矿压；复合型支护 [ 中图分类号]T D 3 5 3 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 0 0 1 - 0 0 6 5 -0 3 Re s e a r c h o n S up po r t i ng Ro a dwa y wi t h La r g e S e c t i o n i n M i ni ng De e p Co a l S e a m wi t h Bu r s t i ng Li a bi l i t y 深部开采 ，原始应力水平相对于 围岩强度高 ， 采动附加应力更趋强烈 ，围岩破 碎区范 围进 一 步加大 ，不易 形成 结 构效 应l 2 ；时 问效 应 强烈 ， 变形速度快 ，不易长期维 护。采用传 统 的架棚 支 护、锚杆支护都不能有效维护巷道。特别是采掘工 作面开拓或回采过程中冲击矿压的发生 ，会对巷道 围岩产生严重的破坏 ，造成人员重大伤亡 。解决有 冲击矿压的巷道支护问题 已经成为岩石力学研究领 域的一个重大课题。跃进煤矿在 2 3 1 3 0下巷支护方 面进行了实验与尝试 。 1 矿 井概 况 跃进煤矿主要含煤地层为义马组 ，煤系地层平 均厚 7 6 ． 1 m，主要 由碎屑岩 、泥岩和煤组成 ，含 2 个煤组 ，为一煤组和二煤组 。区内煤层总厚度平均 为 1 3 ． 9 m，含煤系数为 1 8 ． 3 ％，其 中一煤组有 1 1 煤和 1 2煤 ，局部有可采点 ；二煤组 21煤和 2 3煤是矿井的主要煤层。21煤和 2 3煤在浅 部分叉 ，深部合并 ，合并后 统称 21煤。该工作 面煤层属低瓦斯煤层 ，煤层有 自燃性 ，发火期一般 为 1 ～3个月 。煤尘爆炸指数为 4 1 ％。预计涌水量 小于 1 0 m ／ h 。21 煤层直接顶为泥岩 ，厚 2 0 m左 右 ，底板为中 一细粒砂岩 ，厚 0 2 5 m，系 2 3煤 层的顶板。矿井 范 围内 21煤层厚 度变化较 大， 为 0 ． 8 58 ． 5 5 m，平均 3 ． 7 8 m，该层不稳定 ，距顶 板 0 ． 4～ 4 m。23煤层 位于 21煤层下部 ，距 2 1 煤层 间距 0～ 2 6 ． 5 4 m，平均 6 ． 7 m，在 1 7 0 m水 平赋 存 稳 定 ，煤 层 厚 度 4 ． 2 5 ～9 ． 3 0 m，平 均 6 ． 6 0 m。顶 、底板岩性特征见表 1 。 表 1 顶 、底 板岩 性特征 顶底板 岩石 厚度 岩性 名称 名称 ／ m 特征 基本顶 直接顶 砾岩 泥岩 2 O 伪 顶砂质泥岩和石英砂岩0 ． 3 直接底 砂 岩 2 ． 0 f 71 0 灰黑色，致密f生 瞻， 隐水 理 fff 2 - 3 硬度大，易脱落 ， f l ～ 3 致密坚硬 ，_厂 3～4 跃进煤矿近两年发生 冲击矿压 2 2次 ，最严重 的是 2 0 0 7年 “ 6 ． 1 9 ” 冲 击 矿 压 事 故 ，发 生 在 2 5 0 8 0工作面下巷 一 4 6 0 m水平 ，采深达 9 7 0 m，造 成近 3 0 0 m巷道顶底 闭合或半 闭合 ，4人受伤 ，工 作面停产 1 2 d ，直接经济损失 1 0 0 0多万。 2巷道支护设计 2 ． 1 下巷冲击矿压等级预测 本采区煤层上覆顶板岩层厚而坚硬 ，煤体相对 脆硬 ， ．厂 1～2 ，冲击倾 向性强 ，根据该 巷道几起 冲击灾害烈度 估算 ，本巷道发生 的冲击矿压震 级 M ． 2 ． 5，以这个震级进行支护设计。同时考虑到 本巷道埋深大 ，煤层倾角大，现场实际调研发现矿 压显现大 ，厚煤层煤体相对松 软 ，围岩变形剧烈 ， 巷道 自身 围岩 的稳定 性很难 控制 ，加之厚层坚 硬顶板聚能孕冲，防冲难度相应加大 。 2 ． 2 支护构件动载适应性计算 根据相关 研究资料 ，发生震级 M ． 2 ． 5的 冲 击矿压后 ，岩块抛射速度 l‘ 2 ． 3 7 m ／ s 。 有岩爆 冲击矿压 倾 向硬 岩矿床坑 道开挖 [ 收稿 日期 ]2 0 0 9 0 92 5 [ 作者简介]刘 军 1 9 6 2 一 ，男，辽宁抚顺人，高级工程师， 现任义煤集团矿压研究所所长，兼跃进矿总工程师。 6 5 刘 军等 深部开采冲 击矿压矿 井大断面巷道支护 的探 索 2 0 1 0年第 1期 5 9 ． 3 m m，变形速度为 0 ． 1 9 mm ／ d 。 2 0 4 0 6 0 8 O 1 o 0 1 2 O 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 时间， d 图 2 新 旧支护方 式顶底板 移近 量对 比 3 ． 1 冲击矿压发生后 2种支护底鼓量对 比 2 3 1 3 0下巷 1 1 0 0 m巷道观测施工过程中 ，共发 生 7次冲击矿压 ，对发生的 7次冲击矿压进行 了底 鼓量对比。 锚网索支护段最 大底鼓量 2 ． 7 m，破坏巷道长 度 7 0 m，锚网索与 “ O ”型棚复合支护段最大底鼓 量 0 ． 6 m，比采用锚 网索支护底鼓量 明显减小。由 于冲击矿压具有发生突然 ，来压剧烈 ，破坏性强 ， 对支护提出了更高的要求 。观测结果表明 ，锚网索 与 “ 0”型棚复合支护可以控制 围岩变形 ，特别是 底板型冲击矿压 ，即使巷道受较强烈的冲击仍能保 持一定的空间 。 3 ． 2 矿压观测数据分析 从矿压观测数据上看 出 如 图 2 ，锚 网索支 护顶底板移近量大 ，初期移近量明显增加 1 倍 ，中 期移近量起伏 比较大，后期相对 比较平稳 ；而锚网 索与 “ O”型棚 复合 支护初 期移 近量 小 ，稳定 性 好 ，可有效地抑制煤块的抛射和破碎煤体的冒落， 避免巷道局部破坏而导致整个支护体系失衡。观测 结果表明，锚 网索与 “ 0”型棚复合支护 ，控制 围 岩变形能力强 ，抗冲击矿压强度高。 4结论 1 锚网索与 “ O” 型棚复 合支护 ，支护 强 度高 ，整体稳定性好 ，变形量小 ，抗冲击矿压能力 强，能有效 防止冲击矿压对巷道 的破坏 ，保证工作 面人员和设备的安全。 2 根据巷 道矿压 观测数 据分析 ，巷道施 工 6 0 d内是变形速度最大的时期 ，后期巷道变形量明 显下降 。可 以减少前掘后修 ，以及 回采期巷道落底 的工程量和劳动强度 。 3 锚网索与 “ 0 ” 型棚复合支护施工复杂 ， 掘进速度慢。 [ 参考文献] [ 1 ]钱鸣高 ，石平五．矿 山压力 与岩层控制 [ M] ．徐州 中 国矿 业大学出版杜 ，2 0 0 4 ． [ 2 ]袁亮．深井巷道 围岩控制 理论及 淮南 矿区工 程实践[ M] ． 北 京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 6 ． [ 3]倪 兴华．地应力 研究 与应用 [ M] ．北 京 煤 炭工业 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ]邢福 康 ，蔡坫 ，刘 玉堂 ，等． 煤矿支 护手 册 [ D] ．北 京 煤炭 工业 出版社 ，1 9 9 1 ． [ 5 ]常 聚才 ，谢广祥 ，王磊．锚 网梁 索联合 支护 在急倾 斜煤层 煤巷 中的应用 [ J ] ．煤矿安全 ，2 0 0 7 6 3 3 3 5 ． [ 6 ]鞠文君 ．冲击 矿压 巷道锚 杆支 护原 理分 析 [ J ] ．煤矿 开采 ， 2 0 0 9 3 ，5 9 6 1 ． [ 责任编辑 邹正 立] 上接 3 1页 3结论 1 通过减 少混合物 中的氧浓度 ，将可燃气 体控制在爆炸下限以下 ，从而防止发生爆炸。 2 通过加入惰 性气体 ，可 以缩小爆 炸极 限 范围，增大该浓度的最大允许氧含量 ，从而将其控 制在爆炸范围之外 。 3 氧含量和惰性气体等因素对爆炸极限产 生的影响，可通过减少反应 中的氧浓度 、加入惰性 气体等办法，以缩小爆炸极限范围，增大该浓度的 最大允许氧含量 ，从 而将其控制在爆 炸范围之外 。 而要控制爆炸 ，将可燃气体控制在爆炸下 限以下或 最大允许氧含量 的最小值 以下是最安全的方法 。就 经济 、作业 因素的具体条件而论 ，将可燃气体控制 在爆炸极限以外或可燃物的最大允许 氧含量 以外 ， 并适当附加一定的安全系数即可 。 [ 参考文献] [ 1 ]梁杰 ．煤炭地下气化过程稳定 性及 控制技术 [ M]．徐 州 中国矿业大学 出版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 ]徐建平 ．防爆基础概 要 [ J ]．自动 化仪 表 ，2 0 0 8，2 9 3 6 6 7 O． [ 3 ] 田贯三 ．可 燃制 冷剂 爆 炸理 论 与爆 炸 极 限抑 制 机理 的研 究 [ D]．天津 天津大学 ，2 0 0 0 ． [ 4]许文 ．化 工安全 工程概 论 [ M]．北京 化 学工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 5 ]邬纫 云 ．煤 炭 气 化 [ M]．徐 州 中 国 矿业 大 学 出 版 社 ， 1 9 8 7 ． [ 6 ]P a w d Wy d r o ，Ma r i a P a l u c h 。A S t u d y o f th e I n t e r a c t i o n of D o d e c y l S u l f 0 b e t a i n e W i t h Ca t i o n i c a n d An i o n i c S u r f a c t a n t i n Mi x e d Mi c e l l e s a n d Mo n o l a y e r s a t t h e A i r ／ Wa t e r I n t e rf a c e [ J ]．J o u r n a l o f C o l l o i d a n d I n t e rf a c e S c i e n c e ， 2 0 0 5 2 8 6 ． [ 责任编辑施红霞] 6 7 ∞ ∞∞ 加 ∞ 鲫 ∞加 加0 g 删 盥