倾斜煤层回采巷道布置方式与支护技术

2010-09-09宋垠珠

采矿与岩层控制工程学报 2010年6期

关键词：离层锚索锚杆

宋垠珠

(1.汾西新峪煤业公司,山西孝义 032300;2.中国矿业大学 (北京),北京 100083)

巷道工程

倾斜煤层回采巷道布置方式与支护技术

宋垠珠1,2

(1.汾西新峪煤业公司,山西孝义 032300;2.中国矿业大学 (北京),北京 100083)

M in ing Roadway Layout and Supporting Technology of Inclined Coal Seam

针对新峪矿曙光西区开采煤层受到地质构造影响,矿压显现极其明显的问题,重点从巷道断面选型、支护方案,特别是对右侧帮的控制等方面进行了阐述。井下工业性试验表明,采取的支护方式能够解决右帮突出变形的支护难题,满足工作面安全回采的使用要求。

倾斜煤层;侧压;支护技术;安全回采

新峪矿曙光西区是新拓展采区,主采 2号煤层,平均厚度约 2.5m,煤层倾角平均 15°。D1201工作面是西区的首采面,已经完成回采,后续工作面采用跳采方式,护巷煤柱为 20m,现阶段正在回采D1203工作面。从 D1201首采面两巷支护状况来看,巷道断面呈矩形布置,掘进过程右帮矿压显现非常明显,多数地段煤体破碎,而且鼓出非常明显,巷道断面收缩严重。为了安全回采,采取了扩帮和加固右帮的措施,勉强维持工作面推进。

煤层倾角达 15°,与巷道布置方向倾斜相交,巷道右侧帮为煤岩相间面,煤层受到地质构造影响,引发巷道右帮变形突出。固然与煤层所处地质环境有关,但也与巷道支护方式有直接关系。分析原有支护方案,主要存在以下不足:

(1)巷道整体支护强度不够,没能及时控制巷道围岩变形,致使围岩浅部出现离层松动,压力显现强烈,现有巷道支护强度无法控制围岩变形。

(2)巷道两帮的支护强度偏低,特别是右侧煤帮支护强度远远没有达到控制围岩变形的要求,巷道右帮整体外移。

(3)巷道顶板锚索长度较短,没有发挥锚索锚固深度大,锚固强度高的优势。

1 巷道断面选择

由于煤层倾角较大,巷道断面的形状对控制围岩的稳定非常关键。为了解决曙光西区回采巷道支护难题,首先对巷道断面形状进行了优化。

1.1 矩形布置

工作面两巷采用矩形断面,巷道沿煤层倾向布置,沿煤层底板掘进。由于煤层厚度掘进需要破部分顶板。该种布置方式具有以下优点:

(1)巷道沿煤层倾向布置,巷道成型好,受力状态适应围岩应力变化。

(2)工作面开切眼布置方式比较方便,两巷端部与开切眼开口衔接比较容易;另外工作面回采过程中,上下两巷端头维护比较容易。

(3)巷道沿煤层底板掘进,没有破坏到煤层底板,对巷道预防底鼓有很大益处。

工作面两巷采用矩形断面,具有以下弊端:

(1)两巷开口处与煤层衔接存在问题,开口需要与煤层倾向一致。

正说着，天空传来“突突突”的声音。壶天晓远远地感应到，一架架含有云石粒子的直升机正载着大批援军赶来。它们的速度极快，像是在跳跃着飞行、闪移。

(2)掘进破坏了 500mm厚的顶板,顶板如果出现破碎地段,可能出现漏顶,造成顶板岩层不平整,钢带接顶难度大,支护效果降低。

1.2 斜矩形布置

工作面两巷采用斜矩形断面,沿煤层顶板掘进,破坏部分底板。该种布置方式具有以下优点:

(1)两巷开口易于煤层衔接,巷道掘进方式简单。

(2)巷道掘进对煤层顶板的破坏较小,顶板的完整性比较好,对于钢带的接顶比较容易,巷道支护现场施工方便可行,支护相对容易。

工作面两巷采用斜矩形断面,具有以下弊端:

(1)巷道成型不太好,巷道左帮低,右帮高,巷道受力状态差,右帮控制难度增大。

(2)巷道掘进破坏了底板,底板的强度降低和厚度减少,容易发生底鼓。

(3)工作面开切眼开口与两巷衔接难度增大,而且工作面回采时,两巷端头维护困难。

综合对比分析 2种巷道布置的优缺点,宜采用斜矩形断面布置方式。

2 巷道支护

曙光西区开采山西组的 2号煤层,平均采高2.5m,煤层中有 0.6m的夹矸。煤层倾角 9～16°,平均 15°。煤层存在 0.3m厚的伪顶;直接顶为砂质泥岩,层厚 1.6m,性脆,节理裂隙发育,基本顶为中砂岩,层厚 6.1m,厚层状,比较坚硬;直接底为 0.9m厚的泥岩,性脆,层理发育,老底为3.5m的砂质泥岩,层厚状,性脆。

支护试验巷道为 D1203工作面材料巷,断面为斜矩形,巷道宽 4100mm,左帮高 2500mm,右帮高 3600mm,掘进断面为 12.5m2。

顶板布置 5根 <22mm,长度 2.2m的高强锚杆,间排距 900mm×900mm,采用 1支 K2355和 1支 Z2355进行树脂加长锚固。采用厚 3.0mm,宽度280mm,长度 3.8m的W钢带护顶。锚杆托板规格为130mm×130mm×10mm,采用12号铁丝编织的菱形金属网护顶。

顶板布置 2根 <15.24mm,长度 6.3m的锚索加强支护,间排距1400mm×1800mm,托板规格为300mm×300mm×16mm。

右帮布置 4根 <20mm,长度 2.0m的高强锚杆,间排距900mm×900mm;采用1支 Z2355锚固剂锚固,采用厚3.0mm,宽280mm,长2.9m的W钢带护帮;采用 12号铁丝网护帮。右帮另外布置2根 <15.24mm,长 4.0m的短锚索加强支护,排距 1.8m;下帮锚索距离底板 1.0m,上帮锚索距离顶板0.8m,托板规格为300mm×300mm×16mm。

左帮布置 3根 <18mm,长度 1.8m的圆钢锚杆,采用 1支 Z2355锚固,12号铁丝金属网护帮。两巷支护设计见图 1。

3 支护效果

图 2为D1203工作面材料巷表面位移观测曲线,从观测曲线可以看出,巷道顶底板的变形随着掘进逐渐增大,刚开始增加的幅度比较大,但是逐渐远离掘进影响区后顶底板变形趋于稳定。顶板、左帮、右帮的最大变形量分别为 114mm,40mm, 59mm。巷道的表面位移较小,表明采用的支护方案有效地控制了顶板和两帮的变形。而且,从现场实地观测来看,材料巷的成型非常好,顶板没有出现掉渣和鼓包现象,两帮也没有出现片帮现象。试验工作面D1203在回采期间,现场实地观察发现,巷道经受住了强烈动压的影响,表面位移没有明显的变化,确保了工作面安全回采。

图1 两巷支护设计

图2 工作面材料巷表面位移

图 3为 D1203工作面材料巷顶板离层曲线,锚固区最大离层量为 17mm,锚固区外最大离层量为 15mm,巷道顶板的离层量比较小,表明锚杆对控制锚固区围岩的离层和滑动起到了决定性的作用,锚杆提供的作用力有效地阻止了锚固区内围岩原有裂隙的扩散,并且防止了新的裂隙的形成和贯通。锚索很好地把锚固区内围岩与深部稳定围岩结合起来,改善了锚固区内围岩的受力状态,同时也发挥了深部围岩的承载能力,使得锚固区外围岩的变形和离层比较小,巷道支护效果良好,支护质量得到了保障。从回采过程来看,顶板离层略有增大的趋势,但增幅很小,满足了工作面安全回采的使用要求。