松软突出煤层沿空送巷技术的探索应用.doc

松软突出煤层沿空送巷技术的探索应用 周治元1，焦新杰2， （洛阳义安矿业有限公司，河南 新安 471821） 义安矿矿井主采二1煤层为不稳定煤层，煤层部分地段有条带变薄区、分叉合并等不稳定现象。整个工作面煤层受构造影响，较破碎、松软，厚度变化较大，为 0～14.30m，平均厚度4.05m，倾角5～15。二1煤呈鳞片状或粉末状，玻璃光泽，半亮型煤。煤层不易自燃，煤尘有爆炸危险性。掘进期间，二1煤层曾发生2次瓦斯动力现象，2007年鉴定为煤与瓦斯突出矿井。 FX004工作面布置在二1煤层井田中央，于2009年7月份回采结束，相邻工作面为FX003工作面，FX003工作面轨道顺槽采用留窄小煤柱沿空掘巷，于2009年9月份开始掘进，巷道沿二1煤层顶板掘进，一次支护采用顶部锚网W钢带锚索联合支护，二次支护为12矿工钢对子棚支护，断面形状为梯形，梁长4.2m，腿长3.0m，棚腿扎角为72。 图1 留窄小煤柱沿空掘巷工作面布置图 1、分析矿压显现规律，确定合理的煤柱 根据沿煤层倾斜方向的矿压显现规律可知,受工作面回采的影响,采空区两侧沿倾斜方向的煤体按应力变化分为三个区，即边缘应力降低区、应力升高区和原岩应力区。因此掘巷的位置有四种选择①应力降低区中无煤柱沿空掘巷；②应力降低区留小煤柱沿空掘巷；③应力升高区的掘巷；④原岩应力区留大煤柱护巷。在应力升高区掘巷，巷道不易维护；在原岩应力区掘巷，煤柱损失比较大；无煤柱掘巷存在巷道通风、采空区瓦斯、采空区积水等不利因素。因此最佳位置为应力降低区，留小煤柱沿空掘巷。在沿倾斜方向上的支承压力形成初期,卸载区的范围一般为2～6m。但随着时间的增长应力分布会逐渐地趋向缓和与均化,支承压力的峰值逐渐降低,影响范围也逐渐加长,并最终形成长期稳定的残余支承压力如图2。此时卸载区的影响范围接近10m。为最低限度的减少煤柱损失，并将巷道布置在应力较小且稳定的区域，便于巷道维护，管理煤柱和采空区瓦斯，我们选择煤柱尺寸为2.5米。 图2 采空区侧煤层倾斜方向矿压显现规律 2、巷道的支护设计与安全保障措施 留小煤柱沿空掘巷的目的就是要将巷道布置在卸载区内,以利于巷道的支护。因此,在进行巷道支护设计前,要对卸载区内的围岩状况进行分析,以确定合理的支护类型。 2.1 煤层注水技术 由于该处煤体直接与回采工作面相邻,工作面在回采期间,煤体边缘受高应力的作用出现不同程度的变形、破碎,致使该区域内的煤体承载能力降低,形成压力卸载区;同时,二1煤层煤质极松软、可塑性差，巷道在开挖后极易偏帮，造成大面积空顶，此外，由于此处煤体与采空区相连，并且煤柱窄小，极易使采空区瓦斯进入巷道内，针对上述情况，我们采用了掘进前正头浅孔注水技术，注水参数选择巷道正头距底板1.2米处布置三个注水孔，巷道正中注水孔垂直煤壁打设,两帮注水孔距巷帮各0.4米，向两侧向外与巷道中线呈5夹角打设，孔深30米，钻孔直径Ф89 m m，采用ZYG--150防突钻机消突钻头打孔。。 孔号 距底板 高度 孔深 m 孔径（mm） 与巷道中线夹角 倾角 注水量 （m3） 1 1.2m 30 89 左偏5 上扬 1.5 6 2 1.2m 30 89 0 0 6 3 1.2m 30 89 右偏5 上扬1.5 6 首先是增强注水区域内的煤体可塑性，使本来不易成为承载体的松软煤层成为有效的承载体，保持和提高了煤体的抗载能力，避免巷道开挖后造成顶板失稳而引起的离层、断裂现象；降低了由于受片帮影响而造成的额外工作量，同时也避免了采空区瓦斯涌入，造成瓦斯超限现象。 2.2 离层、破碎顶板的锚带网工字钢棚支护 由于回采工作面顶板的冒落将造成卸载区内的顶板出现离层、断裂,离层、断裂后的岩体承载能力大大降低。其上方岩体所产生的压力将向煤体深部转移,形成支承压力显现区如图3。当巷道开挖后,为防止已断裂顶板失稳,需要对其进行及时支护。因此,留小煤柱沿空掘进的巷道支护的对象首先就是卸载区内的破裂顶板。对巷道进行锚杆支护设计时,依据悬吊理论视断裂岩体的厚度确定锚杆支护类型,可采用锚带网支护、锚带网锚索联合支护及锚杆与架棚联合支护等类型。 巷道开挖后,现场实测巷道顶板破裂厚度约为0.3～0.6。根据悬吊理论对巷道支护进行设计,确定巷道支护类型为锚带网工字钢对子棚支护。顶部锚杆均选用直径20mm、长2000mm的无纵筋螺纹钢等强锚杆,顶板每排布置锚杆6根。锚杆间排距均为700700mm。每根锚杆使用一卷Z2330型和一卷K2350型树脂锚固剂卷进行端头锚固, 另一端采用锚杆托盘将金属网钢带固定在顶板下，设计锚固力为60kN。然后架设工字钢对子棚，工字钢棚采用12矿工钢加工，梁长4.2m，腿长3.0m，棚腿扎角72，断面形状为梯形断面，棚距700mm。 锚带网可以增强巷道顶板的整体性，便于工字钢对子棚支护，钢带金属网可以防止破碎顶板发生冒顶等安全事故，并且施工简便、有效。 图3 卸载区内煤岩状况模型 2.3 松软煤体实施卸压孔技术 巷道开挖后，巷道围岩应力平衡被打破，巷道未沿空侧应力急剧变化，加之受离层、断裂顶板的影响，工字钢棚变形严重，返修率较高，因此，我们采用在巷道未沿空侧打设松帮卸压孔，采用主动卸压方式释放强大的地应力, 将紧靠支架的的凸出煤体松动后，减少煤体对支架的压力，起到保护支架的作用，从而有力的控制巷道变形。 打设方法工字钢棚与棚之间垂直煤壁用风钻打5个3m深的卸压孔（正中打一个，上下各打两个，眼距400mm）。 经测试打设卸压孔后巷道， 各锚杆受力均有降低（见图4）， 特别是顶板和边角处的锚杆受力有较大的降低， 这对于控制围岩的变形和破坏是很有益的。原来巷道锚带网工字钢棚的支护压力大大减少，稳定了巷道变形，效果显著。 图 4 2.4 管理采空区瓦斯 由于二1煤层属突出煤层，FX004胶带巷在掘进过程中采用两帮开掘钻场，钻场深度为3.5m（如图 1），回采过程中，钻场内工字钢棚均以拆除，并用煤袋充填密封。FX003轨道顺槽掘进过程中要过钻场，并且钻场内可能会积聚瓦斯，加之煤质松软、破碎，如果管理不当，极易发生瓦斯超限事故。我们采取了以下几点防范措施 1、每班开工前，必须首先用3m长的钻杆在窝头正前方的左 、中、右 3个位置各打 1个超前钻孔 ，由瓦检员检查瓦斯情况 ，确认无异常后方可进行工作。 2、加强煤层注水，提高煤柱体的整体性，杜绝采空区瓦斯涌入。 3、超前5米探放钻场内聚集的瓦斯。 4、根据掘进中瓦斯涌出量大小，合理调风量，满足施工要求，杜绝瓦斯超限现象。 目前,该巷道已经施工400m,通过设点观测和日常检查,巷道的支护效果较好。顶板下沉量很小,顶部锚杆受力不大,未出现锚杆断裂的现象。巷帮煤柱侧支护效果也很好,煤体的完整性未受到破坏,压力显现不明显,锚杆支护情况较好,完全可以满足安全生产的需要。巷道支护满足要求，支架无变形，无修护支架现象，减少了巷道维修维护费用约10万元；节约巷道支护成本400元/米，我矿每年沿空送巷掘进进尺约2000米，每年可节约巷道支护成本80万元。 此外，松软突出煤层留窄小煤柱沿空掘巷的应用减少了工作面护巷煤柱的损失，提高了采区的回采率综采工作面采用沿空掘巷技术，减少2Om 煤柱损失 ，按煤层厚度3m、工作面走向长度 lO00 m、回收率85计算，一个沿空送巷工作面可以多回收煤体资源7.4万t，价值3700万元，其经济效益显著，可实现企业利益最大化，推广应用此项技术具有十分重要的社会效益。 3 结束语 义安矿在松软破碎突出煤层的特定条件下，通过科学的分析及现场测试，合理确定煤柱尺寸、巷道断面形状、支护形式和施工方法，采取煤层注水、超前探放瓦斯、巷帮打设卸压孔、破碎顶板采用锚带网等多重针对性技术措施，成功的应用了留窄小煤柱沿空送巷技术，这项技术的成功，填补了松软突出煤层留窄小煤柱沿空送巷技术的空白，减少了煤炭损失，改善了巷道维护状况和安全系数，提高了矿井经济效益。 参考文献 何满潮．中国煤矿软岩巷道支护理论与实践[M]．徐州中国矿业大学出版社，1996111． 付国彬，姜志方．深井巷道矿山压力控制[M ．徐州中国矿业大学出版社，19961-14． 侯朝炯，李学华，综放沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理，煤炭学报，2001，2， 朱川曲，王 军，施式亮，综放沿空掘巷围岩稳定性分类模型及应用，中国工程科学，2006，3， 作者简介周治元（1985-），男，河南焦作人，本科学历，2008年毕业于河南理工大学采矿工程专业，现就职于洛阳义安矿业有限公司，主要从事矿井工程技术工作。 E-。Tel13837973044