洼里煤矿下第三系黄县组煤体稳定性分析及支护技术

洼里煤矿下第三系黄县组煤体稳定性分析及支护技术

1上、下含煤段可采煤层wli煤矿井的土壤层是覆盖第四系黄县的第三系黄县组，主要由1层和22层组成。上含煤段岩层由河流、湖泊、沼泽相沉积的砂岩、泥岩、泥灰岩、煤和油页岩组成;下含煤段岩层由陆相砂砾岩、砂岩、泥岩、煤及油页岩组成。煤层顶板和底板暴露在空气中易风化、吸湿、潮解,进而软化、泥化。1.1含油页岩岩石煤1全区稳定可采,平均厚度1.80~1.90m,厚度变化趋势由北向南、由西向东逐渐变薄,中间夹油页岩。顶板为含油页岩,厚度2.47~11.99m,平均厚度6.94m,局部为炭质泥岩,含油泥岩,粉沙岩。膨胀性强,高岭土含量最高达40%,岩石膨胀性强、强度低,硬度系数为f=0.5~0.9。底板为次油页岩、含油泥岩,厚0.60~3.3m,平均厚度1.56m,膨胀性强,硬度系数f=0.7左右。1.2顶板矿质及塑性煤2大部分为可采煤层,厚度变化总趋势由北向南、由西向东逐渐变薄,直至不可采。煤层硬度较小,揭露后煤体遇风即开裂,片帮比较严重,煤层塑性和膨胀性比较大,支护难度较煤1大。顶板随沉积环境改变而变化,官曲至西南泊一线东南顶板为砂岩,西北为泥岩、砂岩与泥岩之间为砂质泥岩过渡带,硬度系数f=0.6~1.1。泥岩顶板膨胀性、塑性比较大,压力传递(与硬度较大的岩石相比)方向性比较差,加之地压作用,使顶板塑性更大,揭露1d后塑性变形即显现出来,顶板开裂、凸出、下垂、掉片,严重地段2d后就有岩块脱落,支护钢棚棚腿内挤。底板岩性与顶板有一定的相似性。唐家、儒林庄一线东南部底板以砂质岩为主,f=0.1~0.3膨胀性较弱,西北部底板为泥岩,膨胀性较弱,硬度系数f<0.1~0.3。2支持形式和支持原则2.1锚杆支护形式确定在以往的施工过程中,曾试验过锚喷支护、架棚支护、封闭型钢骨架锚喷联合支护、锚杆与钢带喷浆联合支护、锚杆与6mm钢筋网联合支护、U型钢支护、卸压法料石砌碹支护以及砌碹支护等多种支护形式。料石砌碹比较切实可行,但是砌碹施工速度慢,料石回收率低,劳动强度大、单进水平低。从工艺流程、支护成本、劳动强度、单进水平等多方面分析论证,最终确定试验“锚杆与料石条带碹联合支护形式”,地点均在-250水平以下的工作面,为该矿目前最低开采水平,围岩压力相对较大。从1997年底开始先后施工了10103工作面2块段切眼及运输巷道180m,10102对拉工作面200m切眼巷道,以及9103工作面110m切眼等工程。2.2已通过几种手段来缓解体段的压力这种支护形式中,砌碹段是刚性骨架,是岩石应力抵抗主体段,锚杆段是岩石应力缓冲段,“刚柔相济、抗让结合”,随时调整巷道围岩的应力分布,使巷道保持动态稳定。当岩石应力增加到一定程度后,岩体逐渐变形、弯曲、下沉、破裂,释放部分岩石应力,使碹体段承载的压力减弱,缓冲原岩压力,减弱对砌碹巷道的冲击。(4)底板上鼓;(5)两帮煤体被挤酥、片帮;4.2温度对料石头和底板的影响锚杆与料石带碹联合支护施工后,前2d巷道基本不变形,但从第3~4d碹骨撤掉以后,锚杆甩浆段顶板开始缓慢变形,料石碹头也开始缓慢变形下沉;5~7d顶板位移明显加快,局部碹头料石下沉、掉片,底板向上凸起,个别地段出现小裂隙;10d左右是压力释放速度最快的时间,碹头料石明显下沉,个别严重地段料石脱落,底板上鼓明显;第15d前后,碹体变形速度减慢,基本趋向稳定状态,但地压仍在微弱增加。6.2缺点(1)在断层或构造附近以及动压期间,巷道破坏严重,维护困难;(2)料石条带碹碹头受载荷较大,易破坏,是支护的薄弱环节。3带及其参数的选择3.1支出和祝福料石圆碹3~5m,平均4.8m,锚杆甩浆段1.0~1.5m,平均1.2m。3.2锚杆支护料石350mm×150mm,全圆带灰;锚杆为直径14mm,长度1800mm,速凝水泥端头锚固型锚杆,顶锚杆3排,间排距为500mm×500mm,巷帮布置1排锚杆,锚杆段用水泥砂浆封闭两帮煤体,减轻煤体风化,破碎段用锚杆加背板护帮,防止煤体片帮,提高煤体表面强度。砂浆厚度3~8mm,以不片帮为原则。3.3防风固岩作用,放小炮或手东南角破岩(1)料石碹巷道沿煤1施工,破顶板0.3~0.5m,底板0.7~0.9m。用放小炮或手镐破岩减轻对岩层的破坏。(2)锚杆段也沿煤1施工,不破顶板和底板,保持其完好状态,局部突出部分,用手镐取平。4变形形式和变形速度4.1锚杆木托盘被挤碎后会更加严重(1)碹头料石下沉、掉渣、掉片甚至料石脱落碹头搁半圆木或背板的会更加严重;(2)锚杆木托盘被挤碎,如果两碹头加半圆木、背板,半圆木、背板会被压弯甚至折断;(3)顶板缓慢下沉、弯曲、开裂、破碎,悬矸掉落;5切眼维护效果从现场支护效果来看,除10103工作面补充运输巷在落差15~20m断层构造附近破坏严重、维护困难外,其余地点都比较理想,尤其10102工作面切眼维护效果最好,直至撤面历时半年多,还保持比较理想状态。10103工作面补充运输巷由于受断层影响,前后15~30m矿压显现剧烈,碹体受集中应力;碹头料石存在长短茬,长茬料石稳定性差,料石易脱落。加之破碎带木背板搭在龙门碹头上,锚杆段巷道释放的压力通过背板传到龙门料石,在双重力的作用下,被背板压着的龙门料石易脱落,导致整个碹体逐渐破坏。6臂杆和料石条的联合保护评估6.1优势和劣势(1)挖掘速度很快按4.5m的料石条带碹与1.2m锚杆巷道同单纯的砌碹巷道相比较,效率提高10%~15%。(2)劳动能力低每米巷道少出矸石3.5m3,减少矸石、料石搬运量,工人劳动强度大大降低。(3)配合比及材料成本每米锚杆巷道材料成本比砌碹巷道材料成本节约400多元,按4.5m的料石条带碹与1.2m锚杆巷道同单纯的砌碹巷道相比较,材料成本降低15%~20%。(4)煤上锚杆巷道,沿煤1施工,破碎顶板,丰富巷道支护力量砌碹巷道施工破顶板(0.5m左右)、破底板(1m左右),而锚杆巷道沿煤1施工,不破顶板和底板,保持了顶板和底板的完整性,锚杆巷道大大提高了克服原岩应力的能力。(5)工艺简单锚杆施工环节少工序少劳动组织和施工组织简单;而砌碹巷道相对比较复杂,管理有一定的难度。(6)有利于煤质管理锚杆巷道沿煤层施工,不破巷道顶底板,解决了煤矸混杂问题,有利于提高煤质。(7)这有利于关闭顶部从切眼使用看,降低了排面的难度,提高了速度,能更好的保证安全。6.3提高意见(1)用锚杆悬挂背部背板两端搭在碹头上易对碹头产生集中应力,去掉以后减小碹头压力,完全用锚杆悬挂顶板,降低破坏程度;(2)电缆连接长度逐步摸索扩大锚杆段长度,进一步提高效益;(3)举起这个高高的头将碹头抬高70~150mm,改变碹头的受力状态,延缓变形和破坏。(4)矿压释放与保护体将棚顶和两帮岩体内挤部分及时掏出,给岩体变形、内挤留出足够的空间,使岩体较易变形,从而释放矿压,使其极限强度小于碹体的破坏强度,从而保护碹体。(5)改变压力结构的形状卸压段形状更容易释放矿压,减少料石碹受力段长度,增加碹体的稳定性。7双层煤顺槽巷道今后将结合围岩情况、巷