下石节煤矿回采巷道支护工艺优化的成功应用

2014-03-13刘昌龙LIUChanglong胡秦涛HUQintao李文庭LIWenting

价值工程 2014年5期

刘昌龙LIU Chang-long；胡秦涛HU Qin-tao；李文庭LI Wen-ting

（①陕西铜川矿业有限公司生产部，铜川 727110；②铜川矿业公司下石节煤矿，铜川 727101）

（①Production Department of Shccig Tong Chuan Mining Administration，Tongchuan 727110，China；②Xiashijie Coal Mine of Tongchuan Mining Company，Tongchuan 727101，China）

0 引言

下石节煤矿矿井设计生产能力90 万吨/年，2011年核定生产能力185 万吨/年。井田地处黄陇侏罗纪煤田焦坪矿区西南部，井田走向长4.0km，倾斜宽3.3km，面积约13.2km2。煤系地层为倾向北西的单斜构造，分属中侏罗系直罗群及下侏罗系延安群。目前开采深度约600m 左右。煤系地层地质条件较差，地压显现强烈，地质灾害和安全生产压力较大。矿井布局为“一井一面”的集约化生产布局，采用综采放顶煤的回采工艺，自然跨落法管理采空区。工作面沿主井筒两侧，分东西两翼布置条带式工作面。随着矿井向深部的回采，工作面内各条回采巷道的支护问题日益严峻，为确保矿井的安全生产，回采巷道的支护工艺优化亟待解决。下石节煤矿通过在218 工作面灌浆巷进行支护优化的尝试，总结出了部分技术经验，为回采巷道支护参数的设计提供了一定的参考依据。

1 工作面回采巷道布置及支护现状

下石节煤矿工作面布置三条主巷，运顺、回顺、灌浆巷及高抽巷、切眼和相关横川等。三条主巷均布置在煤巷内，运顺、回顺均沿煤层底板布置；灌浆巷沿煤层顶板布置；高抽巷布置在煤层顶板之上15m 左右的岩层中；切眼和相关横川布置在煤层中部。下石节煤矿主采煤层4-2#煤所布置的工作面倾向均为150m，走向在1400m 至2000m 之间，根据储量的不同回采时间为1-2年不等，根据回采巷道的服务年限，下石节煤矿回采巷道多采用锚网索支护形式，支护参数为：锚杆采用规格为Ø20×2250mm 螺纹钢锚杆，采用1×10m 的菱形铁丝网，顶板每排布置3 组锚索，锚索为Ø15.2×6200mm 的强力钢绞线，两根一组的组合锚索，托梁为3m 长的12#槽钢。工作面三条主巷，在回采期间，因受工作面的采动影响，巷道支护破坏严重，在工作面回采结束前，工作面三条主巷平均各有2/3 的巷道都要进行扩巷维修，剩余1/3 也需要架棚加强支护。

2 灌浆巷布置特点及支护难题

在回采巷道中，工作面的灌浆巷布置与上一个工作面的采空区之间留设30m 的煤柱，与同一个工作面的回顺之间留设20m 煤柱，又因为层位布置较高，沿煤层顶板布置，在压力显现中，最为明显，到工作面回采结束前，基本上巷道要全部扩巷维修一次，巷道的失修率远远高于其它回采巷道，因此，灌浆巷的支护问题，一直是矿回采巷道中较为突出的难题，况且，巷道经反复维修，对围岩的稳定性是二次破坏，原留设的煤柱经扩巷维修后，达不到设计厚度，在局部围岩裂隙较发育的区域，容易形成微漏风，造成防灭火隐患，因此形成恶性循环。下石节煤矿曾在部分区域试验采用提高支护材料的规格实现提高支护效果的办法来控制巷道的失修，虽然巷道的支护状况有所改观，但造成巷道的成本成倍增加，为有效解决以上问题，下石节煤矿尝试在灌浆巷的支护工艺上进行优化。

3 灌浆巷支护工艺优化

支护优化整体思路为，在少量增加或不增加支护成本的前提下，对巷道支护工艺进行优化，从而提高或改善灌浆巷的支护状况。经反复论证及相关数据分析整理，初步制定出了灌浆巷支护工艺优化方案为：支护材料规格（不做调整），锚杆规格为Ø20×2250mm 螺纹钢锚杆，网采用1×10m 的菱形铁丝网，顶板每排布置3 组锚索，锚索为Ø15.2×6200mm 的强力钢绞线，两根一组的组合锚索，托梁为3m 长的12#槽钢。布置方式调整：增加布置帮锚索，两帮各布置一组，排距1.5m，锚索托梁与水平面之间的夹角为58°（增加支护成本464 元/m），能有效的控制巷道帮臌；增加布置顶角锚杆，要求与巷帮成15°的夹角施工（增加支护成本120 元/m），解决了巷道拱间易于破坏变形的问题，特别是在围岩状况差，巷道成形不规整的巷道支护中效果最为明显；在每排锚杆之间增加布置巷道底角锚杆，底角锚杆配用50×200×400m 木托板（增加支护成本120 元/m），增加护表面积，减少底角巷体压酥破坏强度。增加布置的顶底角锚杆与正常布置的顶底角锚杆组成的间距为0.4 米的密集支护区，彻底消除了巷道拱间及底角的支护薄弱点，从整体上提高了支护强度。

4 实施地点的确定

根据矿井实际情况，下石节煤矿决定在新开工掘进的218 灌浆巷做试点。218 灌浆巷设计全长2000m，与216 采空区留设30m 煤柱，与218 回顺留设20m 煤柱，巷道沿煤层顶板布置。设计为1/3 圆弧拱形，毛宽4.7m（净4.5m），毛高3.6m（净3.5m），墙高2m，断面积14.72m2（净13.88m2）。

5 218 工作面地质特点

5.1 地质构造工作面整体为一单斜构造，桦树渠背斜在该范围基本扩散，但对煤层厚度有一定影响，工作面东部煤层倾角3-5°，中部8-10°，西部4-6°，桦树渠背斜范围煤层倾角较大，最大倾角可达10°以上，工作面局部可能发育小型断裂构造。

5.2 煤层赋存情况该工作面煤层赋存较稳定，沿走向方向煤层厚度变化较大，由东至西煤层厚度逐渐变薄，东部16-18 米左右，中部11～13 米，西部8-13 米，工作面平均煤层厚度13.42 米。煤层结构复杂，含夹矸1～4 层，不稳定。该工作面劣质煤普遍发育，平均厚度1.3 米。

5.3 煤层顶底板直接顶板为灰-深灰色粉细砂岩,泥岩胶结，斜层理及缓波状层理，平均厚度12.3 米。

老顶为灰白色粗砂岩，中厚层状，平均厚度10.65 米。主要成分为长石、石英及少量云母和暗色矿物，具波状层理，局部含油，泥质胶结，局部相变为细、粉砂岩。

直接底板为炭质泥岩，片状、松散、破碎，其下为根土岩，灰褐色泥岩，块状，破碎，平均厚度4.2 米。花斑泥岩，为灰紫色、紫杂色泥团块状、含铝质，平均厚度4.7 米。

6 实施情况及经济比较

在218 灌浆巷施工前，集中对施工队伍进行培训学习，为严格按设计意图施工做好了铺垫。从218 灌浆巷开口掘进起，严格按优化后的支护设计参数对巷道进行支护，施工期间未对支护造成明显的破坏，在218 工作面回采期间，巷道压力有所显现，巷道底臌较为严重，巷道局部出现帮臌及顶板下沉现象，在对帮臌及顶板下沉严重的区域进行架设木棚加固维护后，便基本上保证了巷道支护安全（因架棚木料可回收复用，不增加支护成本）。原灌浆巷每年的支护成本为1908 元/m，维修人工机械材料费用平均4368 元/m（其中，仅人工机械费为2460 元/m），自采用优化设计参数的支护形式后，仅投入了初次支护成本2612 元/米，218 灌浆巷2000m 巷道，截止工作面回采结束，巷道维修成本节约了3664 元/米，已节约总资金732.8万元。