洼里煤矿煤石圆巷道支护技术研究

洼里煤矿煤石圆巷道支护技术研究

1乡城区煤1板矿龙口矿区wli煤矿井由洼里区和市镇组成。生产水平为-108和250。1和2.煤矿可开采。-108水平基本回采完毕,现生产水平为-250水平,其可采煤层为煤2。煤1全区稳定可采,平均厚度1.80~1.90m,为3层式结构,即2个煤分层,中间夹油页岩,乡城区煤1平均厚度1.83m,一般有2层夹矸。洼里区煤1顶板为含油页岩,厚度2.47~11.99m,平均厚度6.94m,乡城区煤1顶板为次含油页岩,厚度为1.29~4.90m,局部为炭质泥岩,含油泥岩,粉沙岩。煤1顶板膨胀性强,高岭土含量最高达40%,硬度系数为f=0.5~0.9。洼里区煤1底板为次油页岩、含油泥岩,厚0.6~3.3m,平均厚度1.56m,乡城区煤1底板为含油泥岩,厚度一般为2m左右。煤1底板膨胀性强,硬度系数为f=0.7左右。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,属典型的三软岩层。2-250水平巷道以往主要支护形式同-108水平相比,-250水平巷道矿压显现较明显,如在-108水平运用较多的锚杆支护已不适用于-250水平。在近几年-250水平巷道的施工过程中,以D2.6m料石圆碹支护形式为主,并进行了多种支护形式的改革试验,如锚喷反拱支护,钢棚支护,钢棚条带碹支护等支护形式。2.1网喷浆、反底拱联合支护情况1999年在-250水平进行了螺旋锚杆(全长锚固)反拱喷浆联合支护试验。试验段底板标高为-250m,设计支护断面为2.0m×2.0m(净宽×净高)的矩形断面,采用螺旋锚杆、挂网喷浆、反底拱联合支护,实验长度52m。同D2.6m料石圆碹支护形式相比,此种支护形式一是巷道单进高,相同条件下,单进比D2.6m料石圆碹提高30%~40%;二是巷道断面利用率高,D2.6m料石圆碹巷道断面利用率为54%,锚喷巷道断面利用率为70%。但施工中存在较多问题:一是因煤层顶板1.1~1.2m处有一层100~200mm厚的坚硬结核石,推进螺旋锚杆困难;二是由于煤壁易片帮,巷道成形不好,使喷浆材料投入较多;三是后期变形较大,巷道经多次复喷后,断面大大减少,且巷道综合成本高于D2.6m料石圆碹巷道,所以难于进一步推广使用。2.2巷道断面、直径年设计方案。巷道原主要在-108水平巷道中使用比较成功,但在-150m水平以下部分巷道施工较困难,巷道短期内发生较大变化,如2000年6月,在12101工作面近切眼段的运输巷施工80m,巷道净断面为梯形,面积3.33m2,棚间距0.5m,棚下穿直径350mm的铁鞋,用背板背帮背顶。巷道在施工后3d即出现底鼓、棚腿内挤现象,给以后的掘进与工作面回采带来较大困难,这种支护形式不能适用于-250水平巷道的施工。2.3岩石应力缓冲段支护条带支护指3~5m的料石圆碹支护,间隔1m左右钢棚支护的联合支护形式。砌碹段为岩石应力抵抗主体段,钢棚支护段为岩石应力缓冲段,这种支护形式在试验中取得了一定的成功。如1999年3月在-290水平采用钢棚条带碹形式支护120m,到2000年3月份工作面回采时,除局部巷道底鼓较重、少量片帮外,无大的变化,满足了安全生产需要。但这种支护形式未采用全封闭,钢棚段巷道易底鼓,且同2000年施工的钢棚反拱巷道相比,单进偏低,成本偏高。2.4两种支护形式的优化组合无论煤1与煤2都较成功,是本矿的主要支护形式。但是料石圆碹支护存在施工速度慢,料石回收率低,单进水平低等缺点。从以上各种支护形式分析来看,各有优缺点。料石圆碹支护强度大,但成本高,单进低;钢棚支护成本低,单进高,但支护强度低。根据软岩巷道的矿压显现规律,在生产实践中,将以上2种支护形式有机结合起来,进行优化组合,一是料石条带碹支护,如上所述,已取得一定的成功;二是钢棚反拱支护,经实践证明,同样取得了较好的支护效果与经济效益。3钢房反弧保护自2000年3月份进行钢棚反拱支护改革试验,现已正式用于巷道施工中。3.1型钢钢棚及反底拱支护巷道净断面(1.60+2.00)/2×1.85(m2),梯形。棚腿采用11#矿用工字钢或U型钢,棚顶采用11#矿用工字钢。棚间距为0.5m,穿直径350mm的铁鞋,用背板背帮背顶,当两帮压力较大时,及时松帮维护。反底拱使用0.35m×0.25m×0.15m的料石,反底拱为弓形,底拱支护厚度为0.25m,矢高0.4~0.5m。巷道沿煤1顶板施工,反底拱破底0.4~0.5m。3.2支护对巷道变形的影响洼里煤矿属典型的“三软”岩层,长期生产实践和矿压观测可知围岩变形的特点是:巷道开掘后围岩的自稳时间很短;在围岩应力调整阶段围岩变形速度快,变形量大;在围岩完成应力调整进入应力相对稳定阶段以后围岩蠕变显著,蠕变变形虽保持恒定,但变形速度大,所以软岩巷道累积的围岩变形量较大,一般都大于200mm,有的可达500mm以上。应力调整阶段一般为1~3个月,在周围无构造或无采动影响、支护及时并适当时,此阶段的变形量可能很小,表现尚不突出。当巷道处于构造附近或受采动影响时,不管原来采用的是何种支护形式,一旦所选择的支护形式所具有的支撑力不能抵抗围岩压力,巷道就会受到不同程度的损坏,巷道破坏形式主要表现为底鼓、巷道顶板破碎下沉两帮内挤等。根据长期的生产实践经验与软岩巷道的岩层特性及变化规律不难得出:软岩支护中,应遵循“刚柔相济,抗让结合”的支护原则,即支护中允许巷道有一定的变形量,但必须保证巷道支护有一定的初撑力,以适当控制巷道的变形。架棚反拱支护中,由于采用了全封闭的支护形式,使总体支护强度大大增强,达到了软岩支护中所需的初撑力,较好地控制了巷道的顶、底板的持续变形,同时巷道两帮采用背板背帮,施工中采取了及时松帮的措施,允许巷道两帮有一定的变形量,来释放一定的压力,从而使巷道顶、底板所受压力相对减少,解决了单纯钢棚支护中总体支护强度低、巷道易底鼓的问题。3.3变形形式和变形速度3.3.1两帮内挤,有一定的弯曲变形(1)顶板缓慢下沉,背板被压裂甚至被压断。(2)两帮内挤,有一定的弯曲变形。(3)受工作面回采的动压影响时,顶板下沉量加大。3.3.2钢棚反拱支护的初撑力巷道变形速度与巷道断面及棚间距有很大关系。在12101上运施工4.44m2的大断面钢棚反拱车场时,巷道在1个月内持续不断地变形,主要表现为顶板下沉、底鼓,顶底板最大移近量达600mm。当棚距大于0.6m时,这种支护形式的初撑力已难以控制巷道的变形。根据矿压观测资料,断面为(1.60+2.00)/2×1.85(m2),棚间距为0.5m的钢棚反拱支护形式,施工后的第1个月是压力逐步释放的阶段,主要表现为背板被压紧、压实,甚至被压裂,个别棚腿内挤变形较重,此后巷道趋于稳定阶段。工作面回采时,受动压影响,巷道变形速度又加大,加快。3.4钢棚支护的调整从当前情况看,采用(1.60+2.00)/2×1.85(m2)小梯形断面,棚间距控制在0.5m左右的钢棚支护能适应当前的生产需要。从施工中调整棚距情况来看,最佳棚距为0.5m,在棚距超出0.6m时,钢棚压弯变形较多。在施工大断面的车场及巷道受断层与构造影响时,需及时改成支护强度较高的支护形式。在工作面回采时,通过加强支护,采取松帮等措施进行卸压,完全能保证矿井安全生产的需要。3.5钢房反弧保护的优缺点3.5.1钢棚反拱巷道生长效果(1)掘进速度快。断面为(1.60+2.00)/2×1.85(m2)钢棚反拱巷道与D=2.6m料石圆碹巷道相比较,平均月单进提高约30%~40%。(2)巷道成本低。由于工作面回采时,钢棚回收,每米架棚巷道较D=2.6m料石砌碹巷道成本降低260多元。(3)沿煤1顶板施工,易于煤质管理。3.5.2断层周边支护情况对支护密度的影响(1)由于钢材价格较高,如新投入钢材则初期投资较大。(2)在断层附近,要视情况及时改变支护形式或调整支护密度,增大了工作量。(3)实践证实,在深水平施工大断面的车场时不宜采用钢棚反拱支护。3.6对支护工艺参数进行优化钢棚反拱支护目前已取得了一定的成功,但多是一些实践经验的总结,理论认识尚不足。应要加强理论分析探讨,以使支护工艺参数更加合理。通过矿压观测,在生产实践中要对钢棚反拱支护的工艺参数进一步的优化。如棚间距,反底拱的矢高等。钢棚反拱支护可以考虑和钢棚支护进行间隔条带式联合支护,并通过选取合适的施工工艺参数,使巷道既能充分卸压,又能保证一