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B080205_复杂地质条件下全煤厚掘进技术实践

复杂地质条件下全煤厚掘进技术实践 李长青 范中轶 【邯郸矿业集团生产部,河北 邯郸 056002】 摘 要 通过巷道断面的设计思路变化,合理选择支护参数,扩大了锚、梁、网+锚索联合支护技术的适用范围,减少了巷道维护的工程量,提高了安全使用的可靠性,具有良好的经济效益和社会效益,在地质条件相似的矿区有很好的推广前景。 关键词 断面设计 全煤厚掘进 锚、网、梁+锚索联合支护 ----------------------------------------------------------------------- 前 言 邯郸矿业集团现有七对生产矿井,主采煤层为2号煤,煤层厚度一般在3.0~4.3m,平均厚度3.7m,为较薄的厚煤层。由于矿区地质构造复杂,断层多,煤层顶板多为复合破碎顶板,造成巷道压力大,掘进、支护困难,需多次维修后方能满足使用。自二十世纪九十年代推行锚、网、梁支护技术至2006年底,共施工了锚、网、梁支护巷道325km,锚杆支护率由上世纪的不足20%提高到近年的90%以上。锚杆支护技术极大地改善了邯郸矿区的支护状况,为实现综合机械化采煤方法创造了条件,为建设安全高效矿井奠定了良好的基础。近两年,随着矿井开采深度的加大,矿井地压显现越来越明显,普通的锚、网、梁支护技术已不能有效地支护回采巷道。我们针对复杂的地质条件,在较薄的厚煤层中进行了“全煤厚掘进技术”的研究与试验,通过千余米的巷道实践表明,支护效果得到明显改善,且经济合理。 1 全煤厚掘进技术的特点 传统的巷道设计理论是从巷道的使用功能入手,按照使用或运输设备的最大外形尺寸,考虑安全间距后确定,从支架选型和经济原则考虑,一般不采用较大的巷道断面。“全煤厚掘进技术”的特点是,在保证安全的前提下,可以放大巷道的规格参数,且规格参数不是一个确定的数值,而是一个指定范围,其实质是“在较薄的厚煤层中,采用见顶见底的沿煤层全厚度掘进”的一种施工技术,要求巷道最低高度应满足使用要求,一般不小于2.8m,而巷道最大高度却可以达到4.3m。 过去,巷道断面受支护材料性能制约,大断面巷道的技术经济效果不合理,施工技术难度也比较大,因而不可行。锚、网、梁支护技术普及以后,巷道不受支架尺寸的限制,在满足使用要求的前提下,断面可大可小,可以通过改变巷道规格尺寸的办法来适应各种地质变化,因此锚、网、梁支护技术的推广应用为“全煤厚掘进技术”的应用提供了技术保证。 随着邯郸矿区矿井开采深度的加大,地质条件变得越来越复杂,构造复杂,地压增大,加上煤层直接顶为复合顶板,节理发育,巷道地压的软岩特征越来越明显,巷道支护更加困难。例如郭二庄矿七、九采区,云驾岭矿一采区,陶二矿南采区,每架锚梁采用三根锚索加强支护,仍存在底臌、帮挤和顶板下沉的现象,尤其是底臌,具有变形量大、持续时间长的特点,巷道支护长期不能趋于稳定,巷道前掘后修,工程量很大。根据 “治顶先治帮,治帮先治底”的软岩支护原则,必须对底板进行治理,原回采巷道设计高度一般为2.6m,底板保留煤层厚度约1.5m左右,增加底角锚杆后仍不能有效控制底臌。为此,我们在较薄厚煤层中,采用了巷道底板不保留煤体的“全煤厚掘进技术”。 2 工程试验 2005年,在郭二庄矿1275工作面运输巷掘进中,对采用不同断面及支护参数的支护效果进行了对比试验。巷道开口0~200m采用原支护参数,200~450m采用试验支护参数。 2.1 地质概况 1275工作面位于郭二庄井田七采区,呈一简单单斜构造,北部处于向斜轴部,煤层倾角2~23°,该工作面走向长450m,倾斜长120m。沿2号煤层顶板掘进,煤层结构简单、稳定,煤厚2.60~4.30m,局部受断层或火成岩侵入影响呈沫状,硬度较小。伪顶为炭质页岩,松软,厚0.10~0.40m;直接顶为粉砂岩,胶结程度较差,下部炭质含量高,局部有两层煤线,厚1.20~2.85m;老顶为细砂岩,坚硬,厚10.70~14.10m;直接底为粉砂岩,上部炭质含量高,厚2.70~3.0m;直接顶、老顶均为裂隙含水层,最大涌水量10.0m3/h,正常涌水量2.0 m3/h。 2.2 支护参数 1275运输巷布置在2号煤层中,根据围岩分类结果,该工作面顶板属于Ⅳ~Ⅴ类围岩条件。根据1273工作面成功经验及掘进过程中反馈信息,选取以下参数进行试验研究。 设计巷道宽4500mm、高2800mm,当煤层厚度小于2800mm时,适当破底以保证巷道高度;当煤厚大于2800m时,沿顶、底板全煤厚掘进,巷道最高可以达4300m。 (1)顶板支护参数 锚杆采用直径22mm、长2200mm的20MnSi左旋无纵筋螺纹钢,间排距750×700(mm)。采用一卷S2360型和一卷Z2360型树脂锚固剂卷加长锚固。锚杆托盘为冷压碟形钢板,规格120×120×10

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