超厚易自燃煤层回采巷道围岩控制技术.pdf

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2 0 1 2年 6月 矿 业安 全 与 环 保 第3 9卷第 3 期 超厚易自燃煤层回采巷道围岩控制技术 高峰 , 陈连城 , 张磊 山西大同大学 煤炭工程学院, 山西 大同0 3 7 0 0 3 摘要 为 了实现对超厚易 自燃煤层回采巷道 围岩的有效控制 , 提 出了锚 网索喷联合 支护技术 ; 喷射 混凝土对巷道 围岩加 固、 密闭的作用明显, 但其早期强度较低 , 制约了整体支护效果的发挥 , 为提高喷射 混凝土早期强度 , 进行 了速凝剂最佳掺量的试验研 究。以超厚高瓦斯易 自燃煤层 回采巷道为研 究对象 , 利用 Mi d a s / G T S 如 4 . 0数值分析方法, 确定 了联合支护 的设计参数, 并进行 了井下工业试验。巷道 围岩 变形监测和钻孔窥视结果表明, 采用所确定的速凝剂最佳掺量和锚网索喷联合支护方案, 有效控制 了巷 道 围岩变形 , 可确保该类巷道 围岩稳定 , 满足安全 生产要求。 关键词 超厚煤层; 易 自燃煤层 ; 速凝剂 ; 锚 网索喷支护 中图分类号 T D 3 2 2; T U 5 2 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 1 2 0 3 0 0 6 0 0 3 同煤集 团某矿位于大同煤 田东翼中东部边缘地 带 , 3 5 煤层厚度 1 2~1 6 i n , 平 均厚 l 5 . 7 m, 属超 厚 煤层 , 为井 田内主要 可采煤层之一。该煤 层层位稳 定 , 但受岩浆岩侵入 比较严重 , 主要为煌斑岩并 以岩 床形式侵入煤层 , 高温炽热 的岩浆携带 大量气体 由 地壳深处沿断裂通 道上升到煤系地层 中, 引起石炭 系煤体发生复杂 的变化 。巷道沿煤层底板 掘进 , 顶 板煤层厚度特别 大 , 加之煌 斑岩侵 入 , 煤层结 构疏 松 、 性脆易碎 , 导致 巷道 围岩松软破碎 , 煤岩层不连 续面易发生离层 , 巷道支护难度大。 已揭露的地质条件和井下实测结果表明 , 该矿井 瓦斯相对涌出量 2 . 6 m / t , 绝对涌出量 4 6 . 4 m / m i n , 为高瓦斯矿井 ; C O绝对涌出量 2 4 . 0 m / mi n , 相对涌 出量 1 . 5 m / t ; 煤层 自然发火期为 5个月 , 为容易 自 燃煤层 。因此 , 除考虑巷道稳定性外 , 还必须考虑支 护形式要兼有防灭火作用 。 1 支护形式 分析 1 . 1 锚杆支护 巷道 开掘后 , 原来处于平衡状态 的围岩应力受 到破坏而产生应力集 中并重新分布。在这一过程 中, 巷道围岩应力 由原来 的三 向状态变为双 向或单 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 0 基金项 目 山西省 自然 科 学基金 项 目 2 0 1 0 0 3 2 2 0 1 3 ; 山 西大 同大学博士科研 启动基金项 目 2 0 1 0 0 0 1 6 作者简 介 高 峰 1 9 7 7 一 , 男 , 山东泰 安人 , 工学博 士 , 副教授, 主要从事工程力学与岩土工程方面的教学和研究工作。 6 0 向 , 围岩出现破坏 区和塑性 区, 若巷道未得到有效 、 及时的支护 , 随着时间的推移 , 巷道围岩的极限平衡 区宽度会越来越大 , 有可能处于不稳定状态 J 。 在锚杆群 的共 同作用下 , 巷道 围岩 内部 可形成 支护结构 , 使巷道表面围岩恢复为三向应力状态 , 利 用该 内部支护结 构承受巷道外载 , 并可在锚杆长度 范围内, 使煤岩体 中形成具有一 定承载能力 的内部 支护结构 , 以保持巷道围岩 的稳定。 1 . 2喷射混凝土层 选用锚 网索喷支护形式之后 , 为确保喷射混 凝 土及时有效地起到加 固和密闭围岩 的作用 , 喷射 的 混凝土应具备速凝快硬 、 早期强度高 、 后期强度增加 迅速的特性。借助喷射机具将一定配 比拌合料高速 喷射到受喷面上 , 使水泥和集料反复连续撞击 、 挤压 和密实受喷面 , 并使其具有较高 的强度和 良好 的耐 久性 。由于该支护形式工艺简单 , 施工灵活, 支护效 果 良好 , 已成为一种常见 的巷道支护形式 , 应用 日益 广泛 。 一 。 混凝土喷射后 即可对 围岩产生 密闭作 用 , 若拌 合料中加入速凝剂 , 可促使水泥在较短时间内终凝 , 使混凝土喷层与岩体凝结成整体, 进一步防止由于 巷道开掘 、 裸露的岩石风化作用 以及邻 近工作面爆 破或大型机械振动导致的围岩松动 、 脱落 。 1 . 3 速凝剂最佳掺量试验 从速凝剂作用机理可知 , 其使用效果对水泥 、 速 凝剂掺量 、 环境等因素依赖性较强 , 选择正确 的速凝 剂掺量对提高喷射混凝土早期强度 的作用 明显 , 还 可提高终凝后抗压强度 。工程实践 中易出现掺入质
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