破碎煤层巷道掘进及支护技术研究

作者:未知

  摘 要:某煤矿正在开采的采区,其掘进巷的顶板类型为松软易破碎型,一般常用的掘进方法及工艺无法保证生产的要求,基于此,制定出适合的支护方案为:使用短掘短支的技术进行超前支护,并优化巷道内的支架。支护效果可以通过监测顶板的矿压来评判,事件证明进行支护方式的改进以后,支护效果较好,在对松软且易破碎的煤层巷道进行掘进和支护时可以提供理论和应用上的指导。
  关键词:破碎煤层;短掘短支;超前支护
  0 引言
  由于深部的煤层地质条件更为复杂,较大的地压更容易使巷道变形,并且煤岩也具有较差的稳定性,这些深部开采所面临的复杂环境问题仅依靠当前的开采技术仍然无法解决。本文以640m的深部煤层为例,针对其复杂的地质条件,提出该条件下适合的掘进和支护技术为:短掘短支、机载超前支护和锚网索支护技术[1]。
  1 工程概况
  该煤矿平均倾角为17°,巷道长度为256m,断面形状为梯形。煤层掘进时见顶见底,当其厚度较低时,要使底板保持水平状态,则需要进行破底施工。
  巷道中部有些区域形成了厚度为0.5~1.0 m的复合泥岩顶板,煤层上部为砂质泥岩,所以其整体结构比较垮落。深部开采时,煤层赋存较深,巷道压力较大并发生明显变形,因此,增加了巷道掘进施工的难度。
  2 掘进与支护难度分析
  对掘进难度进行分析。在进行掘进时,主要机械是综掘机,一个循环进刀两次,循环进尺量最高为1600m。由于巷道内矿压变化剧烈,导致从巷道开口处顶板就开始塌落和离层,伪顶的厚度可以达到0.8m,这种情况下,掘进机一旦进行割煤作业,很容易导致巷道顶板的岩层岩块发生脱落,从而使巷道的顶板高低不平,松软的巷道围岩还会致片帮的出现。分析当前巷道的掘进,发现施工效率低,且单日的进尺量较小,巷道难以成型。
  临时支护。井下比较常用的临时支护方式是轻型单体液压支护,这种支护方式对于较为松软的煤层来说,无法解决其導致的压力变化,致使采空区围岩具有明显的压力变化,临时支护时,易发生顶板破碎和离层,影响矿井施工过程的安全。
  永久支护。由于巷道本身的围压稳定性较差,并且伪顶较厚,所以巷道的顶板在短时间内很可能出现离层和破碎的情况,而伪顶局部容易出现多次垮落,因此,要实现高效的开采,就必须首先对巷道进行及时、高效的支护。
  3 技术方案
  3.1 短掘短支及超前支护
  针对当前开采煤层的实际情况,使用EBA-132型掘进机进行巷道的掘进,割煤与自行装煤同时进行。考虑到深部煤层开采时,其顶板压力会发生明显变化,易出现破碎和顶板离层冒顶的情况,因此掘进时要短掘短支的方式,减少循环进尺量到800mm,在割煤时,在两侧留出足够的空间,目的是使两帮的围岩免遭破坏并保持稳定。
  进行深部煤巷的掘进时,无论使用哪种掘进方式,冒顶、片帮、控顶距较大或者没有及时支护等问题都会发生。所以需要对巷道进行超前支护,目的是对临时支护进一步强化。包括的支护工艺:第一,在截割部安装主架和顶梁架,使用液压传动手柄对其进行控制,在掘进时,如果需要临时支护,则可以拨动液压传动的手柄至支护档,之后将液压泵站打开,注入高压液至液压支架内。之后安装钢带和网片于支架的顶梁架上位于中线的地方,固定时使用的是磁铁装置,采煤机的司机可以通过控制操作手柄,分离主架和顶梁架,放置支架到所需位置。其次,可以进行液控手柄的调节,使得顶梁上升并到达顶板位置时,巷道的中线与其中线位置相重合,钢带和网片被压实到顶板上,掘进机的护帮板压到煤壁上。
  3.2 锚网索耦合支护
  选取锚杆的长度时,主要依据是煤壁和顶板的破坏范围大小。已知煤壁的破坏深度是1.34m;顶板破坏范围的等效半径为2.1m,松动圈范围为1.08m,将锚杆的长度初步确定为2200mm,支护深度为700mm,外露100mm。还要对关键的地方进行加强支护。同时,为了降低应力的集中,使用锚索进行支护使围岩的变形量减小。
  根据该煤矿正在开采的采区特点,进行巷道掘进时,使用的支护方式为锚网带和锚网索的联合支护方式。顶板支护的支护模式为Φ20mm×2200mm 高强锚杆+金属网+钢带,使用左旋螺纹型高强度锚杆,间距为750mm×800mm,金属网的规格为1000mm×2000mm,网格尺寸为70mm×70mm;对两帮进行支护时,选用的支护模式为Φ18 mm×2200 mm 高强锚杆+金属网+钢带,锚杆的间距为800mm×800mm。
  4 效果分析
  通过以上支护方式及工艺的实际运用,极大地提高了巷道的质量及稳定性,同时出现冒顶和片帮的概率得到有效降低,掘进施工的效率提高。通过安装矿压监测系统可以监测围岩压力的变化,从而验证支护效果。监测时间达到50天左右时,顶板的最大离层值为30mm,离层的最大速率为7mm/d,两帮的移近量最大为28 mm。巷道两帮与顶板的偏移总量小于50 mm,两者的变形速率都低于2mm/d,最终证明该方案较为合理。
  5 结语
  分析顶板破碎条件的生产过程,可以得出使用短掘短支技术进行支护,同时利用掘进机实现超前支护具有很好的效果。顶板由于压力而下沉时,使用这一支护方式可以保证掘进过程的安全和高效,最后,通过监测证实了这一掘进和支护方案的可行性,同时为同种地质条件下进行巷道掘进提供了理论指导。
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