厚煤层分层开采巷道布置与支护探析.pdf

第 7卷 第 4期 总第 5 1期 2 0 0 2年 1 2月 煤 矿 开 采 Co a l Mi n i n g Te c hn o l og y Vo 1 ． 7 N o ． 4 S e r i e s N o ． 5 1 S e p t e mb e r 2 0 02 厚煤层 分层开 采巷道布 置与支护探析 周 立新 大 同煤矿集 团 ，山西 大同 0 3 7 0 0 3 [ 摘要] 总结厚煤层分层开采巷道布置及支护现状，分析巷道布置 、巷道支护、采掘顺序中 存在的问题，提出了无煤柱开采及 留设煤柱开采的合理煤柱尺寸，提高支护质量，合理采掘顺序，进 行巷道卸压 ，研 究采 用锚杆 、锚 索支护的途径 。 [ 关键词] 分层开采；巷道布置；支护方式 [ 中图分类号]T D 3 5 3 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 2 0 4 - 0 0 1 9 - 0 2 La y o ut a n d s up po r t i ng o f r o a d wa y s i n s l i c e mi n i n g o f t hi c k c oa l s e a m 随着本矿 区煤炭生产进入深部开采 ，中厚煤层 逐年减少 ，厚煤层 比重 日益增 多，厚煤层开采的工 作面随之增加 ，占回采产量的 1 ／ 4以上 ，主要采用 分层 开采和放顶煤一次采全高 2种开采方法。 目前 分层开采仍 占有很大 比重 ，对于下分层开采 ，特别 是下分层开采 巷道布置与 支护 ，出现 的问题较 多。 在工作面开采期 间都 不同程度地存在 巷道压力大 ， 变形严重 ，甚至巷道被压垮等 ，造成巷道服务期 间 存在严重不安 全隐患 ，并需进行 大量 的巷道维护 ， 既增加生产成本 ，又影响正常生产。因此 ，合理选 择分层开采巷道布置与支护方式 ，便于下分层巷道 顶板管理 ，是迫切需要研究解决的问题。 1 巷道布置与支护现状 目前本矿区厚煤层分层开采 ，上分层工作面采 用综采 ，采高 3 m左右 ，开采时采用人工铺 网，采 空 区顶板 冒落 压实后 ，形 成下 分层 开采 的人工 假 顶 ；下分层采用放顶煤综采 ，采高 3 m左右 ，放顶 煤高度 1 ． 5～3 ． 5 m。回采巷道采用内错式布置 ．上 下两巷中心距 7～9 m，护巷煤 柱 8～3 0 m。上分 层 工作面顺槽支护采用梯形工字钢棚支架 ．下分层工 作面顺槽支护 采用 2 9 U型钢拱 型可缩 钢棚支架 或 梯 形 工 字钢 棚 支架 。 据观测 ，上分层工作面回采对本工作面上下顺 槽 的影响 ，一般在超前 2 0 m 范围内 出现“ 炸 帮” 、 “ 闷墩” 和顶板 下沉 的现 象。顶 分层 开采过 程 中． 使相邻下分层巷道矿压显现强烈 ，出现支架卡缆折 断损坏的现象 ，在支架变形过程中经受相邻上分层 超前压力和滞后压力两个影响过程 ，其中滞后压力 比超前压力强烈。另外 ，从 已开采 的工作面可以看 出，上分层煤 柱 的宽 度对 下分层 巷道 有较大 的影 响，上分层大煤柱下内错 的 2条下分层巷道均 出现 了变形严重 的现象 ，甚至破坏不能使用 。 2 目前分层开采巷道布置与支护问题分析 2 ． 1 巷道布置方式比较落后 目前分层开采基本沿用保留护巷煤柱 ，下分层 内错布置方式。这种方式虽然在技术 上 比较 简单 ， 但普遍存在下分层巷道压力大 ，难 以维护 ；煤柱 留 设尺寸大 ，煤炭损失大及回采率低等问题 。 1 上分层 留设 护巷煤 柱形 成集 中压力 ，使 下分层顺槽巷道在开采过程 中，同时受煤柱集中压 力和采动压力影响 ，其压力叠加后 的集中程度 ，一 般是原岩应力的 8～ 9倍 ，巷道较难维护。 下分层工作面顺槽巷道受压情况如表 1 。 由表 1可以看 出，受下层煤柱集中压力传递影 响 ，下层巷道均不同程度地 出现了底鼓 ，受采动和 上层煤柱压力叠加的影响 ，几乎所有下分层巷道均 出现变形和支架破坏 ，梯形巷道相对更加严重。 2 内错式 布置 ，工作 面长度相 对缩短 ，造 成大量煤炭损失。下分层工作面一般较上层工作面 缩短 1 2～1 8 m，如 果 遇 到巷 道压 垮 不得 不 补 掘巷 道 的情况 ，工作面缩短得更多 ，达 2 8 m，造成大量煤 炭损失 ，大大降低了回采率 ，如表 2统计。 【 收稿 日期 ]2 0 0 20 60 6 【 作者简介]周立新 1 9 6 6一 ，男，山西大同人，工程师 ，1 9 9 0 年 7月毕业于中国矿业大学采矿工程系，现在大同煤矿集团企划部工作。 1 9 维普资讯 总第 5 1期 煤 矿 开 采 2 0 0 2年第 4期 表 l 部分 下分层巷道 矿压显现 与破 坏情 况 矿 别 下分层 巷道名称 巷道 支护 形式 巷道矿压显现 支架破 坏情况 维护情况 表 2 部分下分层工作面 内错布置煤柱损失统计 由表 2看 出，煤峪 口矿和永定庄矿 的下分层工 作面均增加 了 1 2 m煤 柱 ，工 作面长 度也相对 缩短 了 1 2 m，如果遇到巷道压垮重开巷道的情况 ，工作 面缩短达 2 0 m。若以煤柱平均密度 1 ． 3 6 t ／ m 计算 ， 煤峪 口矿采过的 4个工作面 ，护巷煤柱 比重叠 布置 多损失煤炭 2 9万 t ；永定 庄矿采过 的 2个工作面 ， 多损失煤炭 9万 t 。 2 ． 2 采掘顺序及 时间安排不尽合理 煤峪 口矿 4 0 8盘 区开 采 过 程 中，5 8 1 2 下 工作面顺槽 在服务期 间，由于受 8 8 1 0 上 工作 面的采动影 响 ，1 8 0 m工字钢棚 垮塌报废 ，而另 一 顺槽 2 8 1 2 下 在掘进之前 ，相邻上分层面 8 8 1 4 上 已回采完毕 ，因而该 巷在服务期 间未受相邻 上分 层工 作 面 采 动影 响 ，巷道 支 架 未下 缩变 形。 8 8 0 7 下 工作面顺槽 2 8 0 7 下 服务期 间相邻 下分层工作面一直未采 ，巷道矿压显现不明显 ，而 5 8 0 7 下巷 在掘进 期 间 即受 到相 邻 8 8 0 9 下 工作面采动影响 ，使该巷拱形支架下缩严重。5 8 0 9 下 顺槽 掘进 期 间受 相邻 上分层 工作 面 回采影 响 ，而 2 8 0 9 下 顺槽 在掘进期 间不受相邻 上分 层工作面 8 8 l l 上采 动影响 ，两巷在 服务期 间 均未受到相邻上分层工作面采动影 响 ，5 8 0 9 下 巷 道 U 2 9支 架变 形 严 重 ，而 2 8 0 9 下 巷道 矿 压 显现 不 明显 。 根据以上对下分层工作面巷道矿压显现情况分 2 0 析 ，顺槽在服务期间受相邻上分层工作面 回采采动 影 响严重。同时 ，若工作面顺槽 在掘进过程中受上 层相邻 回采采动影 响，则顺槽 的受影 响程度更大。 因此 为减少上分层相邻工作面 回采对下分层工作面 顺槽矿压显现 的影响需解决好采 、掘顺序及采 、掘 时 间 问题 。 3 改善分层开采顶板管理的途径 根据国内外 的研究成 果 ，结合顶板 实际情况 ， 可 选择 或 研究 以下途 径 改 善下 分 层顶 板 管 理 。 3 ． 1 推行无煤柱开采 采用无煤柱护巷是合理开发煤炭资源 ，提高 回 采率 ，降低掘进率 ，减少巷道掘进和维护费用 ，提 高技术经济效益的一项重要技术措施 ，尤其是现阶 段 ，推行无煤柱护巷具有特殊 的意义 1 无煤柱开采彻底 消除了煤柱应力 的影 响， 有利于本煤层和下部煤层的回采和巷道维护。 2 采用无 煤柱 护巷 ，可 以减少 护巷煤 柱造 成 的煤炭损失 ，相应延长矿井寿命 ，对本矿区衰减 矿井具有相当大的现实意义。 3 采用 沿空 留巷 ，降低 了掘进率 ，而且可 以使回采在时间 、空间上连续进行 ，对缓和矿井紧 张的采掘关系具有重大作用。 3 ． 2合理煤柱尺寸 目前在未能采用无煤柱的情况下 ，选择 内错式 布置应力相对小。但要进一步研究采用合理的煤柱 尺寸 ，尽可能缩小煤柱尺寸 ，既减少煤炭损失 ，又 使巷道布置在低应力区域 。 3 ． 3 改进巷道 支护 提高支护质量 在不取消煤柱的前提下 ，现有的巷道 支护强度 及质量 ，难以保证巷道在开采期间的相对稳定 1 表 1 中 的统 计 表 明 ， U2 9拱 形 支架 维 护 下 转 2 6页 维普资讯 总第 5 1期 煤 矿 开 采 2 0 0 2年 第 4期 顶 、切顶 效 果 。 4 针对冒顶较 多，采用铺 金属 网的方 法维 护顶板 ，上下 两端头铺 双层 金属 网。冒顶严 重 区 域 ，采用金属网配合圆木进行顶板维护。 5 对采煤 机 卧底量进 行 了精 心计算 ，根据 倾角和截深对卧底量作了统一规定 ，见表 1 表 1 采煤机卧底量与倾角、截深关系 6 在回采过程 中，支架歪斜度不能超过 5 。 ， 否则必须在移架过程中进行调整。 7 为防 止支架前倾 ，要求 工作 面推进 4 0 m 后适 量放煤 。结合 实践经 验 ，对放煤 工作严 格规 定 当支架前立柱压力达到后立柱压力的 1 ． 5倍 时 严禁放煤。为准确测定立柱压力 ，每副支架安装 压 力显示仪 1套 ，严格按显示压力进行操作 。 8 支架顶梁 上方 空顶 比较 严重 ，支 架受 力 不 均 ，发 生 歪斜 现 象 ，歪 斜度 最 多 达 3 5 。 。在 这 种 情 况下 ，一 方面 在移 架 过程 中进行 调 架 ，另 一方 面 规定 架 间漏 空 高度 超 过 2 0 0 m m，采用 5 0 0 m m 2 0 0 m m 3 0 0 m m木板接顶 ，防止顶煤继续 冒落。 9 支架进行 地面调 试后 ，在 每副 支架 前梁 下方焊接 2个柱窝 ，以防支架倾倒 、趴架时 ，在支 架前梁下方支 2棵单体支柱 ，用于扶架。 1 0 在 大倾 角下行 回采时 ，合 理确定 采高 ， 通过论证规定采高为 2 ． 5 m，增加了支架的稳定性 。 1 1 对各 生产环节 的协调做 了 明确 的规定 ， 特别是 支架工与采煤机司机的配合上，要求及时擦 顶移架 ，采煤 机割煤后立即移架护顶 。 3结语 1 3 0 1工作面大倾 角下行 回采 的成 功 ，突破 了 综放技术适合于倾角小于 1 2 。 的传统局限 ，为综放 技术的推 广创造 了成功 的先 例。由于技术措 施得 力 ，现场管理严格 ，不但保证 了正常生产 ，而且保 证 了在恶劣地质条件下安全生产 ，取得了较好的经 济效益和社会效益。对类似条件下综采工作面的回 采具有借鉴意义 。 [ 责 任编辑 崔德仁 ] 业盘业 } 业 业业业业业业业业业业 业 业业业业 e 业业业业业 业业业业业业业业业业 业 业业业 上接 2 0页 巷道的效果要好 ，巷道破坏较严重的地段大多是梯 形钢棚 支护 ，在下 分层 巷道支 护中选择 U 2 9拱 形 支架 比较合理。拱 形支架变形 、卡缆崩断等现象 ， 大多是 因为支架受 力不均 引起 的，是 支护 质量 问 题。从现有巷道支护情况看，一是巷道成形好坏直 接影响支护质量和巷道矿压显现强弱 ，抓好巷道成 形能保证高标准的支护质量 ；二是提高巷道支架 的 初撑力 ，对巷道进行及时支护 ，给巷道围岩一定 的 初撑力可以阻止围岩的进一步下沉 、破碎；三是背 帮刹顶应严实 ，保证背帮刹顶材料是紧密接触巷道 围岩 ，使巷道支架与围岩成 面接触 ，受力均匀 ；四 是开展巷道支护质量监测 ，使巷道支护建立在科 学 监测 与科学支护基础上。 2 积极研究探 索采 用锚 杆、锚 索支 护下 分 层巷道 的可行性。锚杆能对巷道通过加固围岩而改 善围岩的受力状态 ，将巷道 围岩 由载荷体变为承载 体 ，而且预应力锚杆还对 围岩起 着主动支护作用 ， 克服 了巷道 的早期离层现象。根据煤层情况 ，下分 层巷道采用锚杆支护并不是没有可能 ，并且 已引进 2 6 并推广了锚索支护 ，这种支护比普通锚杆支护有更 强的支护能力 和适 应 范 围，如果 能够采用 锚杆 支 护 、锚索支护或锚杆锚索联合支护 ，对改善下分层 巷道支护手段及质量有着十分重要的意义。 3 ． 4 合理确定分层开采采掘顺序及 时间安排 采掘顺序及时间安排也是影 响下分层巷道维护 的一个 重要 因素 ，因此要合 理安排 、减 小采动 影 响，盘区内尽可能采用双翼均衡开采 ，尽可能减小 回采工作面之间的相互影响 ，减小 回采面对巷道的 影响 ，尽可能缩短巷道的维护时间。 3 ． 5 合理进行巷道 卸压 巷道卸压是一种局部改变巷道附近应力的护巷 措施 ，它是通过人为的方法使巷道附近的高应力转 移到远离巷道的煤或岩体 内部 ，降低巷道附近的压 力 。有 的矿 曾试用 过 打卸 压 巷 的办 法 减轻 顺 槽巷 道 压力 ，取得一定效果 ，但也存在一定弊端 ，如增加 无效进尺 ，加大生 产成本 ，造成生产接替 紧张等 ， 所以巷道卸压应在实践中合理选用 ，不能作为长久 的技术措施使用。 r 责任编辑 崔德仁 】 维普资讯