彬长矿区软底巷道变形特征及影响因素分析_刘会彬.pdf

第41卷第6期 2013年12月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.6 Dec. 2013 COALGEOLOGY 2.彬县煤炭有限责任公司，陕西咸阳712000 摘要通过对蒋家河煤矿ZF1404工作面巷道变形特征的分析，初步总结出了彬长矿区巷道变形的 影响因素应力场的不均衡分布为控制因素；软岩底板、厚度不均、埋深较大和倾角较小为内在 因素；矿山压力、顶板淋水和软岩遇水膨胀为直接因素；采动影响为间接因素。变形严重区位于 赵坡向斜轴部及两侧．结合实际生产过程中采取的巷道维护措施，认为合理规划采掘布局和采掘 接替、合理留设护底煤、不同区段采取不同的支护措施、及时抽排工作面涌水等治理措施能有效 防止软底巷道变形，确保该工作面正常安全生产，具有一定的借鉴意义。 关键词彬长矿区；蒋家河煤矿；软底巷道；变形特征；影响因素 中图分类号TD353文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.06.014 Soft floor deation characteristics and analysis of influential factors in Binchang mining area LIUHuibin 1. China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 2. Bin Cou.吻白alCo., Ltd, Xia可ang712仪则，China Abstract Based on the analysis of roadway deation characteristics of working face ZF1404 in Jiangjiahe coal mine, the paper summed up preliminarily the factors influencing roadway deation in the mining area, the un- even distribution of stress field is the controlling factor, soft floor, uneven thickness, big depth and small dip are the internal factors, mine pressure, watering of roof and watered expansion of soft rock are the direct factors, mining influence is indirect factor. Serious deation zone is located in the axis and two sides of Zhaopo syncline. Combined with the actual measures taken for roadway maintenance during production, treatment measures such as reasonable planning of mining layout and excavation replacement, leaving reasonable bottom coal, different sup- port for different segments, timely pumping water in working face can effectively prevent the soft floor roadway from deation, ensuring safe and normal production of working face, having certain referential significance. Key words Binchang mining area; Jiangjiahe coal mine; roadway with soft floor; deation characteristics; influential factors 陕西省桦长矿区位于鄂尔多斯盆地南缘的陕西省 威阳市西北部长武和彬县境内。保罗系中统延安组地层 为含煤层系，4号煤层为主采煤层，平均厚度10.65m, 属厚煤层，含煤性好，分布稳定，结构简单。 蒋家河煤矿位于彬长矿区南缘，煤层赋存稳定， 储量丰富。主采4号煤层，厚度为0.8～10.85m，平 均厚度5.29m，可采储量50.23Mt。该矿的ZF1404 工作面掘进和试采期间巷道变形严重，带来很大的 安全隐患。本文在分析巷道变形特征的基础上，结 合目前关于软岩巷道治理的一些围岩控制技术和岩 层失稳机理研究成果［1-9］，探讨分析了造成该矿区巷 道变形的主要影响因素，对彬长矿区的巷道维护具 有借鉴意义。 收稿日期2012-09-18 1 工作面基本特征 蒋家河矿井开拓方式为立井单水平，采掘布局为 “一井一面”。ZF1404工作面是该矿一采区布置的第二 套综放试采工作面，主采4号煤层，工作面沿北偏东 56。方向布置，走向长度为1750 m，倾向长15lm，可 采走向长度为1610 m。运输、回凤JI民槽巷道设计断面 均为矩形，巷宽5.0m，巷高3.1m，断面积15.5m2 o采 用综合机械化掘进，锚网支护，锚索补强。采煤方法采 用长壁综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。 2 巷道变形情况及治理措施 在ZF1404工作面掘进、安装准备和回采期间， 作者简介刘会彬（1979一），男，陕西彬县人，工程师，博士研究生，从事煤矿地质研究与技术管理工作． ChaoXing 第6期刘会彬彬长矿区软底巷道变形特征及影响因素分析 59 运输、回风顺槽和工作面切眼中部大部分区段，均 出现了较大的变形，特别是巷道顶板淋水较大、护 底煤较薄、底板岩层铝土质含量较高的区段变形尤 为严重，回采工作面出现了支架压架，两巷端头超 前支护段单体支柱插底，巷中底鼓帮鼓等现象。根 据不同区段变形程度和变形特点进行了起底、扩帮、 补强支护和加强排水等有效治理措施，保证了 ZF1404工作面安全回采（表I）。 表1ZFJ404工作面巷道变形特征及治理措施 阶段 掘进期间 回采准备 期间 回采期间 Table 1 Deation characteristics of working face ZF1404 and treatment measures 时间间隔巷道区段变形变形特征治理措施 6个月 4个月 12个月 两顺槽 中部 两顺槽和 切眼中部 回风顺糟 ，运输顺槽 切眼 460～1450m区段最大帮鼓量 300mm；最大底鼓量350mm 巷道片帮、底鼓、顶板下沉严重二, 起底、扩帮， 轨道倾斜，巷道宽度不够，造成运 补强支护 输困难 回风顺糟σ20～I410 m）底鼓量为900底鼓、顶板下沉，巷道中部低洼地 起底、补强支护， mm；运输顺槽（820～I340 m）底鼓盘为段尤为明显，帮部变形已经趋于稳 400mm，切眼中部底鼓量350mm定，造成局部巷道高度不够 加强排水 底鼓、帮部媒体松动，片帮，帮部起底、扩帮，增加超前支 工作面推进至450～730m区段，底鼓 支护失效等，导致通风断面严重不护长度，加密支护，单体 最大900mm，帮鼓量最大1400mm 足，安全出口受阻等支柱“穿鞋带帽” 工作面推进至740～I010 m区段，超底鼓、顶板下沉、片帮、涌水增大，起底、挑顶、扩帮，增加 前支护段帮鼓最大l200mm，底鼓最导致巷迫断面严重缩小，行人间隙锚索支护密度，加布钢台 大量600mm小，转载机推移困难棚，加强排水 中部变形严重 周期来压步距30-50m，来压期间加快推进速度，加强工作 煤壁片帮严重，支架阻力明显增面设备检修，加快工作面 加，出现汹缸卸载和压架排水，加强巡查 大断丽处顶板下沉，中部底鼓严重 顶板破碎、下沉，单体液压支柱承布设木垛，补支锚索，增 载泄压，设备布置空间不足加单体液压支柱密度 3 巷道变形影晌因素分析 岩，单轴干燥抗压强度27.1～48.44MPa，属于稳定 性较差岩体；坚固系数集中在0.9～1.2，属于四软岩 体c101;RQD值35.67--47.70，属于质量差的岩石［JO]; 软化系数0～0.35，为易软化岩石［II］；泥岩的泥化比 为1.51～3.35，属于遇水易泥化岩石。整体而言，4 号煤层底板岩层属于稳定性很差，易膨胀软化，坚 固性差，强度低的岩层。 3.1 煤层底板围岩岩性特点 4号煤层伪顶为炭质泥岩、泥岩，厚度薄，稳 定性差，随煤层开采而冒落，属不稳定岩体。直接 顶为砂泥岩，属稳定性较差的岩体，老顶砂岩一般 为中等稳定岩体。4号煤层底板为在、质泥岩、铝土 质泥岩及粉砂岩，为稳定性较差岩体，尤其是铝土 质泥岩，遇水很容易膨胀，揭露后受风化、水侵蚀 软化，抗压能力大大减弱。在采掘矿山压力显现和 顶板淋水的影响下，巷道出现底板鼓起，巷帮鼓出， 顶板下沉等严重变形。 3.2 煤层底板岩石力学性质 岩石物理力学性质试验结果见表2o4号煤层底 板主要为泥岩、页岩，特别是遇水泥化的铝土质泥 3.3 顶撞淋水影响 两顺槽及切眼巷道在掘进期间，顶板均有淋水 现象，淋水量约为4～5旷/h。工作面回采时，分别 推进至216m、229m、252m、360m、465m、506m、 859 m处，工作面支架的顶部及后部出现较大淋水， 淋水量约10～60m3/h不等。这导致铝土质泥岩膨胀 软化，底板强度大大降低，支护强度弱化严重，巷 道底板和帮部均出现较大的变形（表I）。 表24号媒层底板铝土质泥岩物理力学性质试验成果表 Table 2 Test results of physical and mechanical proper创esof mudstone floor of No.4 seam 孔号 样品 采样深度 岩石名称 干燥抗压饱和抗压弹性模最泊松比密度孔隙含水 软化坚固 编号Im 强度/MPa强度/MPa/104MPa /gcm3）率／率／系数系数 5-2 16 308.07309.47 泥岩27.1 9.76 0.95 0.16 2.60 8.5 1.66 0.35 水020 12 431.22-434.38 铝土质泥岩32.96 1.16 0.09 2.68 5.7 1.54 8.41 13 434.38～436.22含鳝粒铝土质泥岩48.44 1.57 0.11 2.64 2.6 0.82 12.4 水094 316.60317.65 铝土质泥岩32.01 2.71 7.20 1.12 1.19 水05210 289.21292.18 铝土质泥岩44.29 3.96 0.10 2.68 2.96 0.96 1.13 水030 II 336.88338.81 铝土质泥岩41.80 。1.18 0.08 2.67 6.99 1.33 。1.07 12 338.81340.36 铝土质泥岩33.04 。0.64 0.07 2.68 9.62 2.23 。0.90 ChaoXing 60 煤田地质与勘探第41卷 3.4 煤层埋藏深度 煤层埋深大，矿山压力相应较大，对巷道的破坏 影响就更加显著（5-7,9］。ZF1404工作面标高在 648.1573.3 m，地面标高在＋l002.6叶1219.8 m, 煤层埋深约354.5-646.5m，大部分煤层埋深在600m 以下，开采期间矿山压力显现明显，巷道变形严重。 3.5 煤层倾角特征 由于围岩来压方向通常垂直于顶底板，故煤层倾 角不同时，巷道主要受压方向不同，往往改变巷道变 形破坏形式和支架受载不均衡（6］。蒋家河井田位于太 峪背斜以北、彬县背斜以南，地层厚度、产状、煤层 厚度及其起伏受南北两个背斜的控制，总体为一走向 阳的向斜构造，北翼倾向钮，倾角2。～6。，南翼倾 向 NW，倾角5。～11。。ZF1404工作面基本位于井田中 部，横穿蒋家河井田内部的赵坡向斜，其相关巷道圈 定的煤层倾角较平缓，压力方向垂直于顶板和底板， 掘进期间两顺槽均发生对称型底鼓和帮鼓。 3.6 煤层厚度变化特征 保罗系中统延安组一段J2Y1）在井田内普遍沉积， 为主采4号煤层的含煤地层。延安组地层在向斜轴部 较厚，30.31～26.11m向斜两翼逐渐变薄，西南角厚 15.57 m，西北角厚7.08m。受基底岩层和区内赵坡向 斜构造的控制，4号煤层沉积分布规律和赋存厚度与 延安组地层特征基本吻合，向斜轴部较厚约10～11m, 向两翼变薄2-3m，平均厚度7m左右。ZF1404工作 面回采过程中，工作面中部采高8m左右，两翼2～3m, 煤层厚度的不等，导致掘进和回采过程中扰动强度不 一致［6］。煤层较厚的中部区域扰动强度较大，引起较 大的变形；而工作面两端头变化相对较小，因此，煤 层厚度不均也是引起巷道变形的一个内在因素。 3.7 应力场特征 向斜的轴部和近两翼区域为应力集中区，采矿活 动导致应力重新分布，使得煤岩层的完整性进一步被 破坏，稳定性和支撑力快速下降［”。ZF1404工作面 掘进和回采至中部区段时，巷道变形特别严重（表1, 说明区内的赵坡向斜构造应力场严重影响该工作面 应力分布，对巷道的变形起到制约性作用。 3.8 采动影晌 ZF1404工作面虽为矿井的第二套综放工作面，因 为第一套ZF1402综放工作面于2010年1月17日上隅 角发火停产密闭，ZF1404工作面其实为矿井穿越赵坡 向斜构造的第一个综放工作面，地层原始压力还没有得 到释放，因此首次采动矿山压力显现非常明显。 4结论 a.应力场不均衡分布是蒋家河矿ZF1404工作 面巷道变形的控制因素；煤层底板软岩、厚度不均、 埋深较大和倾角较小是巷道变形的内在因素；矿山压 力显现、顶板淋水和软岩遇水膨胀是巷道变形的直接 因素；煤层开采扰动影响为间接因素。 b.巷道严重变形区主要分布在赵坡向斜应力集 中的轴部及两侧区域。 5建议 软底巷道变形在彬长矿区的各个矿井具有普遍 性（11］。蒋家河煤矿在ZF1404工作面掘进和回采期间 采取了起底、扩帮、挑顶和联合补强支护等一系列综 合措施，有效地治理了巷道变形，保证了工作面安全生 产，取得了丰富的治理经验，具有一定的借鉴价值。针 对彬长矿区此类软岩巷道变形区煤炭开采建议 a.合理规划来掘布局，尽量减少在应力集中区 布置主要巷道； b.根据底板岩性特征和煤层厚度分布特点分区 域留设护底煤； c.结合实际情况对不同区段采用不同的支护方 式和治理措施可以有效防治巷道变形； d.确保排水线路和设备畅通，及时抽排淋水和 涌水，以免侵入底板造成软岩膨胀软化，加剧巷道 变形； e.合理安排采掘接替，尽量缩短工作面回来准 备时间，加快工作面回采速度减少巷道维护时间。 参考文献 [1］胡滨，康红普，林健，等．风水沟矿软岩巷道顶板砂岩含水可 铺性试验研究［巧．煤矿开采，201I, 163 67-70. 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