浅埋深顶板氧化煤巷掘进优化

李 旺(山西焦煤霍州煤电集团晋北煤业公司，山西 静乐 035100)

浅埋深顶板氧化煤巷掘进优化

李 旺
(山西焦煤霍州煤电集团晋北煤业公司，山西 静乐 035100)

为解决煤矿巷道掘进过程中支护返修率高、工程进度缓慢等问题，结合晋北煤矿地质资料以及开采技术条件，分析浅埋煤层巷道围岩变形特征，针对巷道顶板以及局部煤层严重氧化现象提出合理的改进措施，优化巷道设计方案应用于矿山，监测试验巷道矿压。结果表明：优化后的方案能够提高巷道支护强度，有效控制围岩变形，提高巷道掘进效率。

巷道； 支护优化； 围岩变形

1 前言

2 煤层巷道围岩变形特征

2.1 顶板风化破碎

2.2 薄基岩引起矿压显现

现采煤层埋深67～92m，属浅埋煤层，基岩较薄，且顶板成分较为复杂，当掘进工作进行至某一位置时，矿山压力显现，极易导致顶板失稳破碎，发生冒顶事故。

2.3 顶板氧化

2.4 底板底鼓严重

综采面底鼓现象较为严重，工作面所处层位岩性复杂，底板由于巷道掘进过程中围岩渗水以及其他用水的影响，会迅速软化、膨胀，若工作面机械动载作用较大，导致泥岩底板破坏，最终形成底鼓。

3 浅埋煤层巷道优化设计

3.1 巷道掘进层位选择

为解决顶板氧化现象，巷道掘进层位选择是提高巷道掘进效率、减轻施工人员劳动强度的关键[2]。巷道掘进时采用“撇底煤”掘进，“撇底煤”厚度小于0.35m。工作面辅运巷道、主运巷道掘进工作面厚度平均2.11m，含1层夹矸，平均厚度0.40m，岩性一般为砂质泥岩。采用破顶板掘进方式，满足了巷道高度的需要，能够减小综掘机由于环境复杂被陷的几率，提高巷道掘进月进尺量，减小工人劳动强度。

3.2 煤柱尺寸确定

3.3 支护方案

对巷道进行支护时，选用合理的支护方式能够提高巷道支护强度，增强顶板稳定性，提高工作面开采效率[5]。

(3)架棚支护。当顶板压力较大且离层时，架棚支护方式效果较好，故在原有支护方式基础上增加11#工钢架棚支护，氧化严重区域主要采用29U型钢棚支护(型号：4194U型钢棚)过氧化带，配合底板棚腿穿铁鞋或混凝土硬化增大棚子受力面积，两帮施工护帮锚杆及混凝土硬化进行加固。对于氧化较为严重区域，配合化学注浆控制顶板，对工作面安全提供有效保障。

4 巷道围岩变形观测

4.1 围岩应力观测点布置

通过观测巷道围岩变形情况，统计顶底板移近量、两帮移近量和底板腰线移近量等矿压数据，分析巷道变形规律。在晋北煤矿工作面设置5个测站，编号为1#～5#，各测站之间相距30m，观测时间为2017年5月1日～5月20日。

4.2 围岩应力观测内容及方法

观测内容主要为巷道顶板移近量、两帮移近量和底板腰线移近量。选用D2测距仪测量顶板移近量，测量精度达1.5mm；选用SLJ- 20型收敛计监测巷道两帮的收敛变形数据，测量范围为0～20m，精确度为0.1mm。巷道变形量观测点布设方式见图1，其中A基点为顶拱的中点，B基点为底板中点，C、D基点为两直墙段中点，巷道四壁中点用红漆标记的锚杆作为基点。

对矿压观测数据进行分析，以1#测站为例进行巷道变形情况说明，进而研究围岩变形规律。观测原始数据见表1。

图1 巷道变形量测量基点布置图

2017年5月1日在距工作面30m处设置1#测站，进行矿压监测。由分析观测数据可知：对围岩进行20d监测期间，顶板下沉累积量为16mm，平均为0.655mm/d；底鼓累积量13mm，平均为0.505mm/d；累积两帮收缩量30mm，平均为1.315mm/d。

2017年5月6日距1#测站30m处设置2#测站，进行矿压观测，监测期间顶板下沉量较大，累积顶板下沉量为25mm，平均为0.83mm/d;两帮收缩累积量为22mm，平均为0.685mm/d;底鼓累积量为13mm，平均为0.51mm/d。

表1 1#测站表面位移观测原始数据记录表(2017年)

2017年5月10日在3#测站矿压观测，监测时间为26d，分析矿压监测数据。顶板下沉量较大，累积顶板下沉量13mm，平均为0.85mm/d;两帮收缩累积量为25mm，平均为0.88mm/d;底鼓累积量10mm，平均为0.87mm/d。

2010年12月15日在4#测站进行矿压观测，监测时间为30d，监测期间顶板下沉量较大，累积顶板下沉量9mm，平均为0.25mm/d；两帮收缩累积量为6mm，平均为0.32mm/d;底鼓累积量6mm，平均为0.45mm/d。

对监测矿压数据进行分析，选用优化设计后的支护方案，改善支护方式，合理设置支护参数，能够有效控制巷道变形。且优化后的支护方式提高了矿山机械化程度，减少了因顶板氧化问题出现的冒顶事故，为工作面安全提供了保障。目前一采区最早出现的氧化带支护区域已经超过8年，巷道支护仍稳定无明显变化，满足使用要求。

5 结论

(2)通过监测巷道围岩巷道顶板移近量、两帮移近量和底板腰线移近量等矿压数据，分析巷道围岩变形规律，制定相关措施减少冒顶事故发生。

(3)结合煤层巷道变形特征以及该矿工作面生产状况，对巷道支护方案进行优化设计，解决顶板氧化问题，提高巷道支护强度。

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Optimization of coal roadway excavation in shallow depth roof

In order to solve the problems such as high repairing rate and slow progress in coal mine roadway development, the deformation characteristics of surrounding rock in shallow depth coal seam were analyzed combined with the geological data and mining technology conditions of Jinbei Coal Mine. According to the severe oxidation of roadway roof and local coal seam reasonable improvement measures were put forward, and the roadway design scheme was optimized and applied to monitor the test roadway pressure. The results showed that the optimized design can improve the roadway support strength, control the deformation of surrounding rock effectively and improve the efficiency of roadway excavation.

roadway; support optimization; surrounding rock deformation

TD823.1

B

李 旺(1985-)，男，山西浑源人，助理工程师，主要从事煤矿开采技术工作。