软岩巷道设计施工中应注意的几个问题.pdf

3 4 煤 矿 安 全 T 0 ta 1 3 7 4 软岩 巷道设计施工 中应 注意 的几个 问题 李 波 黑龙江煤矿安全监察局 ， 黑龙 江 哈 尔滨 1 5 0 0 0 1 摘 要 随着 生产 的发展 ， 开采深 度 的增加 ， 软岩 巷道 的数量 越 来越 多。巷道 围岩 变形 、 支护技 术 等问题 已严重制约着生产的发展。用传统的岩石 力学方法来分析、 计算、 设计、 施工软岩巷道 已 经 难 以满足 生 产 的要 求 。 因此用 综合 的方 法研 究软 岩矿 井 的开拓 方式 、 巷道 的布 置 方式 、 断 面形 状 、 支护材料 的选择 及合 理 的选择 施工 工 艺等 问题 就 显得 尤为 重要 。本 文根 据 大雁 矿 区 多年 的 工程实践 ， 探 讨了软岩巷道设计施工 中应注意 的几 个问题 ， 期 望对软岩矿井的生产发展有所裨 益 。 关 键词 软 岩巷 道 ； 围岩 ； 地应 力 ； 围岩 变形 中图分 类 号 TD3 5 3 文献标 识码 B 文章 编 号 1 0 0 34 9 6 X 2 0 0 6 0 1 0 0 3 40 3 大雁 矿 区主 要含 煤地 层 为 中生界侏 罗纪上 统扎 赉诺 尔群 伊敏 组 和 大 磨 拐河 组 ， 其 中 大磨 拐 河组 中 部 含煤 段 为本 区主要 含煤 段 。该段 主要 由河流 相砂 岩 、 粉 砂 岩 、 湖泊相 砂 岩 、 泥 岩 、 沼泽 相煤层 和炭 质泥 岩组 成 。岩层 胶结 程 度差 ， 岩石 的空 隙率 在 4 0 ％左 右 ， 自然 吸水 率在 2 0 ％左 右 。岩石 的单 向抗 压 强度 极底 ， 除 煤达 到 1 2 ． 9 4 MP a以外 其 余 岩石 的单 向 抗 压强度 均 在 5 ． 7 8 MP a以 下 。岩 石 粘 土 矿 物 成 分 高 ， 遇 水 膨胀 软化 ， 围岩对 水 的作用 极为 敏感 。岩石 主要 物理 力学 性 质见 表 1 。岩 石 的矿 物 成分 含 量见 表 2 。 表 1 岩石主要物理 力学性质指标 大雁 矿 区 已有 3 0余 年 的开采 历史 ， 对软 岩矿 井 的巷 道 布置 方式 、 巷 道 的 支护 方 式 、 巷道 断 面 形状 、 支护 材料 的选择 、 施 工工 艺 的选 择 等 方 面做 了大 量 的尝试 。根据 多年 的工 程 实践 总结 出 了软 岩矿井 表 2 岩 石 的 矿 物 成 分 含 量 ％ 在巷 道设 计施 工 中应 注 意 的几 个 基 本 问 题 ， 期 望 对 同类软 岩 矿井 的生 产发展 有所 裨益 。 1 主 要巷 道位 置的 优化 矿井 主要 巷 道 的布 置 不仅 要 满 足 生产 的需 要 ， 还 要求 巷 道掘进 数 量 少 、 掘 进 费 用 低 、 维 护 费 用低 。 软 岩巷 道在 地应 力 的作用下 变形极 为敏 感 。大雁 矿 区岩 层最 大 主应力 n Ⅷ 为 水 平方 向并 与 垂深 H 呈 明显 的线 性关 系 0 ． 0 3 4 8 H 1 ． 8 4 9 6 。所 以 在布 置 主要水 平巷 道时巷 道 的标 高尽 量布 置在 较浅 处 ， 以达到 减少最 大 主应 力 对 巷 道 支 护 体作 用 的 目 的 。大雁 二矿二 水 平 大巷 布 置 在 2 5 0 m 标 高 ， 其 支护 方式 、 巷 道走 向 、 断 面形状 与 一水 平 4 7 0 I l l 标 高的巷道基本相同。巷道形 成后 即开始 翻修 ， 虽经 多次 翻修 始终 不 能 满 足 生产 要 求 ， 被 迫报 废 。 大雁 一 矿在 水 平延伸 时 吸 取 二 矿 的 经验 教 训 ， 利 用 一 水 平大巷 进行 下 山开 采 避 免 在深 部 布 置水 平 大 巷 ， 采 区下 山布 置在较 稳 定 的煤 层 中取得 了较 好 的经 济效 益 。 维普资讯 煤 矿 安 全 2 0 0 6 0 1 3 5 开采水平确定后 ， 主要水平大巷所处的层位应 尽量选 在较 稳定 的岩 层 中， 使 巷 道 围 岩充 分 发 挥 自 支撑能力 ， 如果条件允 许选 在煤层 中为最好。大雁 二矿 的暗 主井 布置 在 玄 武 岩 中 ， 二 号 暗风 井 布 置 在 煤层中至今围岩没有发生显著位移 变化 ， 而新副井 3 5 0 m 以下部分布置在软岩中虽经 多次翻修但最 终 报废 。 2主 要巷 道走 向的优 化 目前 原 岩地应 力 的大小 和 方 向对 巷 道 围岩 变形 的影 响还 没有 引起 人 们 足 够 的 重 视 ， 然 而这 个 因素 对 软岩巷 道 的施 工和 维 护 是 起 着 非 常重 要 的作 用 。 理论 分析 和工 程实 践 证 明 巷 道 的 走 向与原 岩 最 大 水平主应力方向一致时对巷道的施工和维护最为有 利 。在 布置软 岩矿 井巷 道时 要尽 量减 小 主要巷 道 的 走 向与最 大水平 主 应 力 方 向 的夹 角 ， 这样 可 以改 善 巷道周 边 应力状 态 ， 降 低 作 用 于 巷 道 围 岩 和支 架 上 的应 力 ， 增 加巷 道 围岩 的稳 定 性 ， 减 少 巷道 的支 护和 维护 费用 。 大雁 矿 区 的原 岩 地应 力 场 属 水 平应 力 场 ， 原 岩 地应力 以水平 压 应 力 为 主 ， 其 中 一矿 最 大 主应 力 方 位角 为 1 2 3． 9 。 ， 与 主要 巷 道走 向夹 角 为 5 0 。 ， 大 雁 二 矿最大 主应 力方 位 角 为 1 3 1 ． 1 。 ， 与 主要 巷 道 走 向 夹 角为 9 0 。 ， 大 雁 三矿 最 大 主应 力方 位 角 为 1 2 6 ． 9 。 ， 与 主要巷 道 的走 向夹 角 为 6 5 。 ， 这 样 就 很 明 显 的 看 出 大雁 的 3个 生产 矿井其 主要 巷道 距地 表 的深度 相差 不大 ， 支护形 式 和围岩 性质 基本 相 同时 ， 而巷 道稳定 性 却各 异 。大雁 二矿最 大 主应力 方位 角 与巷道 走 向 夹角最 大 ， 所 以巷 道 围岩 的稳定性 最 差 ， 一矿和 三 矿 最大主应 力方 向 与 主要 巷 道 走 向的 夹 角 相对 较 小 ， 所 以巷 道 的围岩也 相对 稳定 。 3巷道 断面 形状 的优化 巷 道断 面形状 对 围岩 的稳定 性 有重要 影 响 。岩 石 属于脆 性材 料 ， 其 抗 拉 强度 远小 于抗 压强 度 。巷 道 断面 的形状 在满 足生 产要求 的前 提 下 应根据 围岩 的应力状 态 而定 。 当巷 道 围岩所 受 的侧 向水平 应力 超过 垂直 应力 时巷 道 围岩所受 的水平 应力 大 于垂直 应力 。巷 道支 护体 对 围岩顶 与 帮的支 护 强度相 同时 巷道 围岩 的两 帮移 近量将 大 于顶底 板 的移 进量 。大 雁矿 区的原岩地 应 力 中最 大 水平 主应 力是 自重 垂直 应力 的 1 ． 3 0 ～2 ． 0 3倍 。多年 的生 产 实践 也证 明 ， 巷 道 破坏时 两 帮的移 近量远 远 大于顶 底 板 之间 的移近 量 。而 巷道 的曲线 断 面 比折 线断 面所 受 的拉应 力小 稳定 性更 好 ， 近年 来 大 雁 区 的 岩巷 巷 道 断 面 形 状 已 由过 去 的梯形 、 直墙 半 圆拱 形 为主 ， 逐 渐 改变为 以圆 形 、 马蹄 形为 主 ， 并 取 得 了 良好 的经 济效益 。所 以在 软岩矿井巷道断面形状的选择中应尽量选择曲线形 断面以充分利用 岩石抗压强度大 于抗拉 强度 的特 点 ， 使 巷道 断 面形状 与 围岩 的应力 状态 相适应 。 4掘进 工艺 的选择 软岩巷 道 的围 岩变形 和 稳定性 与掘 进工 艺 有着 密切的关系。爆破震动明显地扩大了巷道围岩的塑 性 圈 ， 加 速 了 围岩变形 速 度和 变形 量 ， 使 巷道 长期 不 能稳定 。 因此 ， 软 岩 巷 道 施 工 时 应尽 可 能 的 采 用 机 械掘进 。机 械掘 进 不 仅 能 减小 围岩 塑 性 圈 的 范 围 ， 而且巷道成型好 ， 有利 于围岩应力的均匀分布。在 采 用机 械施 工有 困难 的施 工地 点也要 尽 量选用 定 向 断 裂爆破 和周 边密 打 眼少装 药 预 留周 边二 次成 型巷 道 的爆破 技 术 。这 样 能在 一定 程度上 减少 巷道 的超 挖 ， 消除应 力集 中 ， 减少 围岩 的反 复扰 动 。大雁 矿 区 近年 推广 应用 的定 向断裂爆 破技 术 已取得 了 良好效 果 。 5 水 对 软岩巷 道 的影 响 水对 软 岩 巷道 变 形 的影 响很 大 ， 主要 表 现 在使 岩石软化和膨胀。由于大雁矿区岩层中蒙脱石含量 高， 巷道围岩在水的作用下造成围岩应力增大， 自承 能力降低导致巷道失修的现象更为严重在设计施工 中力争做到巷道水通畅。即使巷道没有明显的积水 也要在 巷道 内按 一 定 的 间 距设 置渗 水 井 ， 降 低 巷 道 底板 岩层 中 的含 水 。 6结束 语 1 软岩工程的与施工是一门新 的学科 ， 这门学 科 还在 发展 中 ， 还 需 要 通 过 长 期 的 实践 加 以充 实 和 提高 。 2 在软岩巷道中， 通过观测信息的反馈作为指 导设计 和施 工 的主要 指标 已取得 了 良好 的效 果 。 目 前 各矿 区观 测结 果各 异 ， 难 于相互进 行 比较 ， 观测 项 目， 观测方法 向统一化 、 标准化方向发展将会有非常 重要 的意义 。 3 软岩 巷道 的维 护 不 应 把着 重 点 放 在 支 护 体 上 ， 必须 从设计 和 施工 工艺 上 人手 ， 这样长 期下 去 必 然 会对 软岩 巷道 的维 护打 下 良好 的基础 。 4 软岩巷 道 在 设计 施 工 过 程 中还要 充 分 考 虑 巷 道 的服务期 限 ， 运 营 费用 等 问题 。 维普资讯 36 煤 矿 安 全 T o t 1 3 7 4 综采工作面“ 三机 ’ ’ 正确选型及 合理配套的探讨 刘振 洲 ， 王 瑞 贤 ， 于海 忠 ， 王儒 山 平庄煤 业集团公 司 生产技术部 ， 内蒙古 赤峰 0 2 4 0 7 6 摘 要 在 确定 采煤机 、 液压 支 架、 刮板 输送 机 选型原 则 的基础 上 ， 针 对 高产 高效 综 采工作 面提 出 了“ 三 机” 合理 配套 的型 式 。 关 键 词 采 煤机 ； 液压 支 架 ； 刮 板输 送机 ； 选型原 则 ； 合 理 配套 中图 分类 号 T D 4 2 1 文 献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 6 0 1 0 0 3 60 3 综 采工 作面 的“ 三 机” 是 指采 煤机 、 液压支 架 、 刮 板输 送机 ， 是 综采 工 作 面 的 主 要设 备 。其 选 型 首 先 必须 考 虑配 套关 系 ， 选 型正确 先进 、 配套关 系合 理 是 提高综 采 工作 面生 产 能 力 、 实 现 高 产 高 效 的 必要 条 件 。 1 “ 三机 ” 的选型原 则 1 ． 1采 煤机 的 选型原 则 1 采煤机 能适 合 的煤层 地质 条件 ， 其 主要 参数 采 高 、 截 深 、 功 率 、 牵引方 式 的选 取要 合理 ， 并 有较 大 的适 用 范 围。 2 采 煤机 应满 足工 作面 开采 生产 能力 的要 求 ， 其生产能力要大于工作面设计能力。 3 采 煤机 的 技 术性 能 良好 ， 工 作 可 靠 ， 具 有 较 完 善 的各 种保 护功 能 ， 便 于使 用 和维护 。 采煤 机 的实际 生产 能力 、 采高 、 截 深 、 截 割 速度 、 牵 引 速度 、 牵 引力和 功率 等参 数在选 型时必 须确 定 。 实际生产能力主要取决于采高、 截深、 牵引速度以及 工 作时 间 利用 系数 。采 高 由滚 筒 直 径 、 调高 形 式 和 摇 臂摆 角 等决定 。滚 筒直 径是 滚 筒采煤 机 采高 的主 要调节变量， 每种采煤机都有几种滚筒直径供选择 ， 滚筒直径应满足最大采高及 卧底量的要求。截深的 选取 与煤 层厚 度 、 煤质 软硬 、 顶 板岩性 以及移 架步 距 有关 。截 割 速 度 是 指 滚 筒 截 齿 齿 尖 的 圆周 切 线 速 度 ， 由截 割部传 动 比、 滚 筒 转 速 和 滚 筒 直径 确 定 ， 对 采煤 机 的功率 消耗 、 装 煤效 果 、 煤 的块 度 和煤尘 大 小 等有 直接 影 响。牵 引速 度 的初选 是通 过 滚筒最 大 切 削厚 度 和液压 支架 移架 追机 速 度验算 确 定 。牵 引力 是 由外载 荷决 定 的 ， 其 影响 因素 较多 ， 如煤 质 、 采高 、 牵 引速度 、 工作 面倾 角 、 机身 自重 及 导 向机构 的结构 和摩擦 系数等 ， 没有 准 确 的计 算 公式 ， 一 般取采 煤机 电机 功率 消 耗 的 1 0 ％ ～2 5 ％。 滚 筒 采 煤 机 电机 功 率常用 单齿 比能耗 法 或 类 比法 计 算 ， 然 后 参 照生 产 任务及 煤层 硬 度等 因素 确定 。 1 ． 2液 压 支 架 的 选 型 原 则 1 液压支 架 的选 型就是 要 确定 支架类 型 支撑 式 、 掩 护式 、 支撑 掩 护 式 、 支 护 阻力 初 撑力 和额 定 工作 阻力 、 支 护强 度与底 板 比压 以及 支 架的结 构参 数 立柱 数 目 最 大 最 小 高 度 、 顶 梁 和底 座韵 尺 寸及 相对位置等 及阀组性能和操作方式等。 2 选 型依 据是 矿井 采 区 、 综 采工 作 面地质 说 明 书 。在选 型之前 ， 必 须将 所采 工作 面 的煤层 、 顶 底板 及 采 区的地 质条 件 全部查 清 。然 后依 据不 同类 级顶 板选取架型。最后依据选型内容结合国内现有液压 参 考 文献 [ 1 ] 陆家 梁． 软岩 巷道支 护技术 [ M] ． 长春 吉林 科 学技 术 出版 社 ， 1 9 9 5 ． [ 2 ] 何满潮 ， 邹 正 盛 ， 邹友 峰 ． 软 岩 巷道 工程 概 论 [ M] ． 徐 州 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 3 ． 作者简 介 李 波 1 9 6 1一 ， 男， 采 矿 高级工 程师 ， 1 9 8 3 年毕业于黑龙江矿业学院 ， 现 任黑龙江煤矿安全监察局 咨询 委 处 长 。 收稿 日期 - 2 0 0 5 一O 8 0 1 ； 责任编辑 梁绍权 维普资讯