有效控制综采面下顺槽沿空巷道围岩变形的措.pdf

有效控制综采面下顺槽沿空巷道围 岩变形的措施 李朝辉王树 全 摘 要 通过 对 8槽 工作 面围岩变形进行观测 和分析 ， 基本 掌握 了 8槽工作 面超 前矿压显现规 律 ， 为本煤层 的其它工 作 面 安 全 经 济 开 采 提供 了经 验 和 理 论 依 据 ． 关 键 词 矿压 观 测 沿 空巷 道 显现 规 律 回 采 周 期 一 、问 题 的 提 出 淮 南 矿 业 集 团 谢 桥 矿1 2 2 1 8综 采 面 为 B 煤 层 工 作 面 ， 下 部 为 1 1 2 2 8面 的 采 空 区 ． 即 1 2 2 1 8下 顺 槽 为 沿 空 巷 道 。以往 B 煤 丁 作 面 的沿 空 巷 道 无 论 是 投 产 初 期 的棚 式 支 护 还 是 目前 的 锚 网 支 护 ，采 掘 期 间 均 存 在 围 岩 变 形 大 ， 影 响 正 常 通 风 、 行 人 和设 备 运 输 等 问题 ， 不 得 不 采 取 人 _T 超前 撕 帮 、 卧 底 、 扩 大 断 面 的 措施 ． 既 浪 费 大 量 人 力 、 物 力 ， 又 影 响 正 常 回采 。 而 目前 回采 的 1 2 2 1 8工 作 面下 顺 槽 在 回 采 过 3 0 0 m 以后 ． 围 岩 变 形 控 制 较 为 理 想 ， 这 不 仅 为 工 作 面 创 造 了 良好 的 安 全 环 境 ， 也 为 工 作 面快 速 回 采 提 供 了 可 靠 的前 提 条 件 。 本 文 通 过 对 1 2 2 1 8面 下 顺 槽 与 本 煤 层 临 近 的 1 2 2 2 8工 作 面下 顺 槽 进 行 比较 ．总 结 了 该 煤 层 围 岩 控 制 技 术 对 策 和措 施 ， 以期 得 到 有 益 启 示 。 二 、 生 产 技 术 条 件 1 ． 地 质 概 况 1 2 2 1 8综 采 _丁作 面 为 西 一 B组 采 区 东翼 二 阶段 ，西 起 西 一 B组 轨 道 上 山 ．东 至 F S 2 0断 层 。该 面 可 采 走 向 长 1 3 5 1 m， 倾 斜 长 2 1 0 ．4 m，可 采 储 量1 2 0 ． 2万 t 。 南 边 1 1 2 2 8工 作 面 已 回采 完 毕 ，西 边1 2 2 2 8工 作 面 刚 回 采 完 毕 ， 西 南 面 1 2 3 2 8工 作 面 已 回 采 完 毕 。 本 面 煤 层 较 稳 定 ． 平 均 煤 厚 3 ． 1 8 m， 煤 层 结 构 简 单 ， 在 构 造 发 育 带 ， 煤 层 有 增 厚 变 薄 等 现 象 ， 最 薄 0 ． 5 m， 最 厚 达 6 ． 0 m。 沿 顺 槽 方 向 ， 煤 层 底 板 起 伏 较 大 ， 自西 向 东 煤 层 底 板 逐 渐 上 升 ， 煤 层 产 状1 8 0 。 ～ 2 0 0 。 1 l 。 ～ 1 5 。 。煤 层 为 黑 色 ， 块 状 ， 属 半 亮 型煤 ， 直 接 顶 、 直 接 底 均 为砂 质 泥 岩 或 泥 岩 。 工作 面 下 顺 槽 处 在 实 体 煤 巷 中 ， 沿 煤 层 顶 板 掘 进 。 工 作 面 下 顺 槽 沿 空 掘 巷 ，初 采 段 留 设 4 1 7 m 厚 的 煤 柱『 T作 面 下 顺 槽 向 外 3 0 0 m 范 围 内 因 与 l l 2 2 8面 上 顺 槽 有 拐 点 煤 柱 存 在 不 同 宽 度 ，宽 度 从 4 ～ 1 7 m 不 等1 。 向 外 为 4 m 小 煤 柱 ，跟 直 接 顶 掘 进 。 2 支 护 参 数 1 2 21 8 下 顺 槽 和1 2 2 2 8 下 顺 槽 均 采 用 锚 网 支 护 。 1 2 21 8 下 顺 槽 宽 高 4 8 0 0 mmx 2 8 0 0 mm． 1 2 2 2 8下 顺 槽 宽 高 4 6 0 0 mmx 2 8 0 0 mm。 三 、 采 掘 期 间矿 压 观 测 1 ． 掘 进 期 间 矿 压 观 测 下 顺 槽 顶 板 离 层 值 不 大 ． 总 离 层 平 均 值 为1 3 ． 8 mm锚 固 区外 为 主要 离 层 区’ ，离 层 值 为 8 ． 8 mm， 占 总 离 层 值 的 6 4 ％ 。 下 顺 槽 两 帮 相 对 移 近 量 为 4 7 0 mm，其 中 沿 空 侧 为 2 8 0 mm， 占 总 移 近 量 近 6 0 ％ ，为 主 要 位 移 区 。 2 ． 回 采 期 间 矿 I 5 -, 观 测 对 下 顺 槽 4 ～1 7 m 煤 柱 进 行 观 测 ，顶 底 位 移 及 两 帮 收 敛 量 略 大 于 4 m 煤 柱 ．沿 空 巷 道 受 超 前 支 承 压 力 作 用 ，其 受 影 响 范 围 超 前 工 作 面 5 0 ～ 6 0 m，安 全 出 口处 巷 表1 。 2 ． 技 术 经 济 效 益 拆 除 支 架 通 道 采 用 等 强 锚 杆 、锚 索 联 合 支 护 ．施 1 简 单 ，能 有 效 控 制 顶 板 ；使 用 装 车 平 台 整 架 装 运 支 架 ， 简 化 了支 架 在 工作 面 的 装 运 过 程 ，而且 操 作 简 单 ，安 全 可 靠 ；综 采 支架 整 体 打 运 至 地 面 ，少 了拆 除 过 程 ，效 率 大 大 提 高 。 薄 煤 层 保 护层 综 采 工 作 面 在 淮 南 矿 业 集 团 为 首 次 开 采 ， 其 安 全 回 采 结 束 并 比计 划 提 前 6天 完 成 收 作 ， 使 工 作 面 及 时 得 到 了 封 闭 ， 同 时 为 下 一 步 施 工 5l l 1 S C ． 采 煤 工 作 面 争取 了 时 间 ， 为 望 峰 岗矿 首 采 面 早 日投 产 创 造 了 有 利 条 件 通 过 5 l l 1 S C ． 薄煤 层 保 护 层 综 采 丁作 面拆 除 工 艺 的 研 究 ． 对 以 后 提 高 薄 煤 层 综 采 工 作 面 拆 架 速 度 、 保 障拆 架 期 间 的 安 全 、 降 低 拆 架 成 本等 提 供 了一 定 的借 鉴 经 验 。 下 一 步 应 重 点 对 薄 煤 层 综 采 工作 面 拆 架 通 道 支 护 方 式 及 如 何 进 一 步 提 高 拆 架 速 度 等 问 题 进 行 深 入 研 究 ，以 实 现 薄 煤 层 综 采 工 作 面快 速 安 全拆 除 。 f 作 者 单 位 淮 南矿 业 集 团谢 一 矿 责 任 编 辑 段 顺 昌陈 泰 维普资讯 道 变 形 量 也 比 掘 进 期 间 变 形 量 大 。 距 离 工 作 面 1 6 m 时 ，顶 底 位 移 量 为 5 1 7 mm． 两 帮 收 敛 量 为 6 0 3 mm 对 4 m 煤 柱进 行 观 测 ，在 距 T作 面 1 6 m 时 ，两 帮 收 敛 量 仅 为 3 2 5 mm，巷 道 最 低 宽 度 为 3 6 9 5 mm。 顶底 位 移 量 为 3 3 1 mm， 只需 在 拉 移 转 载 机 时 轻 微 卧 3 0 0 mm 深 的 底 即 可 四 、 分 析 矿 压 的 大 小 是 由 多 种 因 素共 同作 用 的 结 果 ． 其 影 响 程 度 从 大 到小 依 次 为 围 岩 的 力 学 性 质 ； 支 护 设 计 ； 回采 期 间 的 丁 作 面 推进 速 度 ；煤 柱 宽 度 及 稳 定性 ；掘 进 施 1 _ 工 程 质 量 ； 顺 槽 超 前 加 同管 理 ； 从 施 到 回 采 周 期 。 1 ． 煤 层 赋 存 条 件 煤 层 及 顶 底 板 岩 石 力 学 特 性 ， 如 顶 板 岩 性 、 层 位 及 稳 定 性 、 裂 隙 弱 面 发 育 程 度 是 否 受 构 造 影 响 等 ， 对 锚 网 支 护 起 关 键 作 用 。 1 2 2 1 8_丁作 面 下顺 槽 沿 空 段 煤 层 赋 存 较 稳 定 ， 上 部 直 接 顶 为 6 ． 1 2 m 厚 较 稳 定 的 砂 质 泥 岩 。 顶 部 锚 杆 锚 同 其 中 ， 起 到 了 较 好 的 钢 性 梁 作 用 ， 把 超 前 支 承 压 力 传 递 到 丁 作 面 深 部 ， 这 样 不 但 减 少 了 对 帮 部 的 作 用 ， 而 且 也 减 少 了 底 鼓 量 。 而1 2 2 2 8 T作 面下 顺 槽 沿 空 段 上 部 直 接 顶 只有 3 ． 7 4 m 厚 的砂 质 泥 岩 ，老 顶 为 1 ． 7 3 m 厚 的 中 细砂 岩 ，顶 板 钢 性 梁 结 构 较 1 2 2 1 8丁 作 面 的 顶 板 承 载 能 力 差 。 2 ． 支 护 设 计 1 2 2 2 8下 顺 槽 顶 部 锚 杆 间排 距 为 8 2 0 mm 9 0 Q mm． 上 帮 为 9 0 0 mm 9 O 0 mm。 下 帮 为 8 5 0 mm 9 0 0 mm． 帮 部 为 2 0 0 0 mm 长 锚 杆。 1 2 2 1 8下 顺 槽 顶 部 锚 杆 问 距 为 8 2 0 9 O 0 mm， 上 帮 为 7 0 0 9 0 0 mm， 下 帮 为 6 0 0 9 0 0 mm，帮 部 锚 杆 长 2 2 0 0 mm，锚 杆 间 排 距 及 支 护 参 数更 加 完 善 合 理 。 3 ． 工 作 面 推 进 度 1 2 2 2 8工 作 面 推 进 速 度 匀 而 快 ．超 前 支 承 压 力 峰 值 作 用 在 下 出 口某 一 断 面 的 时 间 短 ．致 使 顶 底 板 位 移 及 两 帮 收 敛 量 相 对 减 小 ，矿 压 显 现 不 明 显 。几 乎 不 影 响 T 作 面 的 推 进 度 。 4 ． 保 护 煤 柱 宽 度 沿 空 巷 道 煤 柱 尺 寸 的 大 小 对 巷 道 变 形 起 到 一 定 作 用 。从 沿 空 锚 网 支 护 回采 巷 道 矿 压 观 测 统 计 资 料 得 出 。 1 2 2 1 8下 顺 槽 沿 空 巷 道 在 4 ～1 7 m 宽 的 煤 柱 处 影 响 明 显 。 4 m 窄煤 柱 对 8槽 煤 较 为 合 理 ．主要 是 因 为 巷 道 处 于 应 力 降 低 区 。 1 2 2 1 8下 顺 槽 为 谢 桥 矿 第 一 条 全 锚 杆 支 护 煤 柱 的 沿 空 巷 道 ，煤 柱 稳 定 ，承 载 效 果 好 。 1 2 2 2 8下 顺 槽 沿 空 段 下 临 巷 道1 2 3 2 8上 顺 槽 为l l * 工 字 钢 梯 形 棚 支 护 ．在 回 采 期 间 已 将 梯 形 棚 回 收 ， 回 棚 后 上 帮 片 帮 严 重 ．4 m 煤 柱 变 窄 。 5． 工 程 质 量 对 锚 杆 内部 质量 管 理 的 检 查 ．大 大提 高 了 锚 杆 支 护 效 果 ．为 保 证 巷 道 的安 全 使 用 打 下 了牢 固的 基 础 。加 强 3 4 2 o o 6 年第 5期 新集二矿1 3 1 煤层开采 摘 要 利 用地 震 波 波 速 检 层 、 地 震 波 C T成 像 和 电 法 C T成 像 煤 层 覆 岩 破 坏 综 合 观 测 技 术 探 测 1 3 1煤 层 1 3 0 7工 作 面 开 采 覆 岩 破 坏 情 况 。 获 得 了较 多 的 实测 数 据 值 ． 确 定 了 1 3 1 煤 层 采 动 对 顸 板 产 生 的 变形 及 破 坏 状 况 取 得 了 煤 层 开 采 覆 岩 破 坏 关 键 性 技 术 参 数 。 关键 词 覆 岩 破 坏 综 合 探 测 成 果 新 集 二 矿 是 在 第 四 系松 散 层 下 推 覆 体 下 元 古 界 片 麻 岩 、寒 武 系灰 岩 及 夹 片地 层 下 进 行 煤 层 开 采 的现 代 化 矿 井 ， 地 质 及 水 文 地 质 条 件 较 为 复 杂 。 为 了缩 小 矿 井 浅 部 防 水 煤 柱 ， 解 放 被 压 煤 量 ， 做 到 安 全 生 产 ， 新 集 二 矿 与 安 徽 理 T大 学 合 作 开展 了 矿 井 覆 岩 破 坏 参 数 的测 定 。这 对 进 一 步 优 化矿 井 的 开 采 方 案 、改 革 采 区 及 工 作 面 的设 计 布 置 、 提 高 矿 井 效 率 和延 长 矿 井 服 务 年 限是 非 常 必 要 的 一 、覆 岩 破 坏 参 数 的 影 响 因 素 及 探 测 技 术 的选 择 1 ． 影 响 覆 岩 破 坏 参 数 的 因 素 覆 岩 破 坏 参 数 是 矿 井 合 理 留设 防 水 煤 柱 的 科 学 依 据 。 覆 岩 破 坏 参 数 受 地 质 、 水 文地 质 、 开 采 方 式 、 T 作 面 推 进 速 度 、 开 采 宽 度 等诸 多 因 素 的影 响 ． 而地 质 及 水 文 地 质 条 件 是 其 重 要 影 响 因 素 。 下 顺 槽 积 水 排 放 ，减 少 水 对 底 板 的 浸 泡 泥 岩胶 结 强 度 低 ，防 止 底 板 由 于 受 水 浸 泡 时 间 过 长 而 加 速 底 鼓 的 发 生 和 发 展 。底 鼓 量 的 加 大 必 然 要 进 行 卧 底 ，卧 底 会 使 底 板 处 于 失 控 状 态 ，应 力状 态 由周 边 向纵 深 发 展 ，使 应 变 软 化趋 势 加 剧 ．引起 新 的 应 力分 布 ，导致 更 大 范 围 的 破 坏 ．致 使 两 帮 收 敛 量 相 对 加 大 。 6 ． 顺 槽 超 前 加 固 加 强 超前 支 护 管 理 ，将 沿 空 段 超 前 支 护 范 围加 长 至 7 0 m 下 } H口 3 0 m 范 围 内 为 3排 挑 棚 ．3 0 ～ 5 0 m 范 围 内 双 排 挑 棚 ，5 0 ～ 7 0 m 为 单 排 挑 棚 ，并 要 求 沿 空 巷 道 单 体 必 须 穿 铁 鞋 ．且 所 有 在 用 挑 棚单 体 初 撑 力必 须 达 到 1 2 M Pa 7 ． 周 期 短 1 2 2 2 8下 顺 槽 于 2 0 01年 5月 开 始 施 T ，2 0 0 2年 1 0 月 开 始 回 采 ．2 0 0 4年 4月 收 作 ． 从 施 工 到 回 采 结 束 相 维普资讯 夏 岩破坏规律的探测 苏毅徐德成 2 ． 探 测 技 术 的 选 择 过 去 ，主 要 采 用 钻 孔 冲洗 液 简易 水 文 观 测 分 析 法 和 钻 孔 压 、 注 水 实 验 法 探 测 采 后 煤 层 顶 底 板 岩 层 破 坏 高 度 与 深 度 ， 由 于施 I 探 测 钻 孔 难 度 大 、 成 本 高 ， 所 获 取 数 据 、 资 料 在 精 度 上 不 同程 度 地 受 到 施 丁 人 员 技 术 经 验 水 平 等 方 面 的制 约 。利 用 地 震 波 波 速 检 层 、 地 震 波 C T成 像 和 电 法 C T成 像 技 术 进 行煤 层 覆 岩 破 坏 综 合 观 测 技 术 是 一 项 新 技 术 ， 该 方 法 通 过 在 时 空 领 域 中 的 多 次 对 比 获 取 煤 岩 层 在 采 前 的 赋 存 形 态 和 采 后 的 破 坏 形 态 等 地 质 信 息 资料 ， 可 查 明探 测 切 面 内 的 地 质 形 态 。 新 集 二 矿 1 3 0 7丁 作 面 选 择 这 项 新 技 术探 测 煤层 采 后 覆 岩 破 坏 情 况 。 二 、 工 作 面 开 采覆 岩 破 坏 探 测 1 ． 覆 岩 破 坏 探 测 方 法 1 3 0 7 1 _ 作 面 覆 岩 破 坏 探 测 在 风 巷 中 进 行 ． 采 用 应 用 地 球 物 理 方 法 中 的地 震 波 波 速 检 层 、电法 C T成 像 技 术 和 地 震 C T成 像 技 术 ， 动 态 探 测 l 3 0 7 T 作 面 开 采 过 程 中 覆 岩 破 坏 的 发 育 规 律 。 具 体 丁作 方 法 如 下 f 1 1 钻 孔 施 丁 。在 1 3 0 7 q - ． 作 面 的 上 风 巷 施 T 一 个 超 前 探 测钻 孔 ， 在 孔 中 埋 置 检 波 器 和 电极 。 f 2 1 地 震 波 波 速 检 层 动 态 监 测 。通 过 定 时 逐 点 测 试 对 介 质 层 进 行 有 效 的分 层 ， 从 而 可 判 定 覆 岩 破 坏 的 发 育 形 态 与 时 空 关 系 。 气 0 c 0 c c c t o ‘ ‘ 0 f ． 隔 时 间 长 ，部 分锚 杆 锚 同端 抗 拉 拔 和 剪 切 力 减 弱 ，支 护 强 度 降 低 ，导 致 巷 道 变 形 量 加 大 。 2 1 2 2 1 8面 下 顺 槽 从 施 工 到 回 采 相 隔 时 间 短 ，锚 杆 锚 固端 受 采 动 周 期 影 响 小 ，未 现 锚 固力 衰 竭 现 象 锚 同 效 果 较 好 ，满 足 巷道 动 压 变形 需 要 。 五 、 结 论 综 采 丁 作 面沿 空 巷 道 顺 槽 在 回 采 期 间 ， 围 岩 变 形 因 素 中 煤 层 赋 存 条 件 是 不 可 改 变 的 ， 因此 ， 在 现 有 技3 术条 件下 ，沿 空巷 道煤 柱 的选择 是 否合理 、支护 参数≤ 优 化 效 果 、工 作 面 的 推 进 速 度 、掘 进 期 间 的 施 工 工 程 质 量 、顺 槽 支 护 加 固管 理 以 及 巷 道 由施 工 到 回 采 的 周 期 ，都 起 到 一 定 的 作 用 ， 而 加 快 推 进 速 度 是 行 之 有 效 的 方 法 。 f 作 者 单 位 淮 南 矿 业 集 团谢 桥 矿1 责 任 编辑 段顺 昌陈 泰 3 电 法 C T成 像 。 利用 定 时 逐 点 测 试 孔 中各 点 视 电 阻 率 值 对 所 探 测 剖 面 进 行 C T成 像 分 析 ．更 清 晰 直 观 地 判 定 裂 高 的发 育 形 态 与 时 空 关 系 。 4 地 震 波 C T成 像 。 利 用 定 时 逐 点 测 试 获 得 的 信 号 数 据 对 所 探 测 剖 面 进 行 C T成 像 分 析 ．更 清 晰 直 观 地 判 定 裂 高 的 发 育 形 态 与 时 空 关 系 2 ． 检 测 钻 孔 的 施 工 ． 波 速 动 态 检 层 、地 震 及 电 法 C T成 像 技 术 都 是 利 用 钻 孔 进 行 布 置 。 为 了保 证 测 试 范 围 的 有 效 性 。 钻 孔 必 须 符 合 下 列 要 求 1 1 钻 孔 位 置 应 在 上 风 巷 左 ， 钻 孔 方 位 近 似 平 行 于 风 巷指 向 切 眼 。 本 次 测 孔 位 于 风 巷 ．该 孔 开 孔 于 煤 层 顶 板 ， 钻 孔 倾 角 为 4l 。 ， 指 向煤 层 顶 板 ， 孔 口 位 于 风 巷 距 离 切 眼 2 4 0 m， 在 巷 道 水 平 投 影 方 向 影 响 8 1 ． 5 1 m。 f 2 1 钻 孔 的终 孔 位 置 至少 应 达 到拟 开 采 煤 层 顶 界 面 上 方1 0 ～ 1 4倍 煤 层 高 度 。 1 3 0 7 T 作 面 煤 层 平 均 厚 度 5 ． 1 3 m，本 次测 试 钻 孔 垂 高 f 最 高 传 感 器 点 距 离 煤 层 顶 板 的 铅 垂 高 度1 控 制 为 7 0 ． 8 5 m。 3 整 个 钻 孔 的 最 小 孔 径 f 电 缆 径 5 0 mm 排 气 管 径 3 6 mm 不 得 小 于 9 0 mm 4 钻 孔 开 口孔 径 电缆 径 5 0 mm 排 气 管 径 2 5 mm 注 浆 孔 径 2 5 mm 1 不 小 于 1 1 0 mm。 5 钻 孔 的前 3 ～ 5倍 煤 层 垂 高 1 0 m 处 自开 孔 处 算 起 1 应 下 钢 套 管 ， 以防 止 冒落 带 形 成 时 拉 断 信 号 电 缆 。 6 1 钻 孔 形 成 后 ， 必 须 用 水 或 高 压 风 冲 吹 洗 钻 孔 中 的岩 粉 ， 以便 传 感 和 信 号 电 缆 的 埋 入 。 3 ． 检 测 器 4 q - 的 布 设 1 1 器 件 的 选 择 。 由于 本 次 监 测 持 续 的 时 间 较 长 ， 且 传 感 器 与 电 极 均 为 永 久性 埋 设 ，在 整 个 监 测 过 程 中 不 能 更 换 ． 因此 所 选用 的 传感 器 必 须 具 有 宽 频 带 、 高 稳 定性 的 特 点 。 电 极 也 应 牢 固 耐 用 。本 次 采 用 主频 为 3 0 Hz的 T Z B S 系 列 检 波 器 ，检 波 器 在 检 测 和参 数 设 定 后 用 环 氧 树 脂 密 封 在 不 锈 钢 套 管 中 。 f 2 1 传 感 器及 电 极 的放 置 。 钻 孔 斜 长 范 围按 仰 角 进 行 换 算 。为 将 裂 高探 测 精 度 控 制 在 2 m 以 内 ， 须 在 钻 孔 中 维普资讯