王 強(qiáng)
(山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司常村煤礦,山西 長(zhǎng)治 046000)
煤炭是重要的經(jīng)濟(jì)能源,對(duì)于推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用,隨著常年累積開(kāi)采,淺部及地質(zhì)條件簡(jiǎn)單區(qū)域的煤炭資源基本被開(kāi)采殆盡,為了提高煤炭產(chǎn)量,開(kāi)采復(fù)雜地質(zhì)條件下煤炭資源是必然的趨勢(shì)。復(fù)雜地質(zhì)條件不僅增加了開(kāi)采難度,而且給煤礦掘進(jìn)作業(yè)帶來(lái)一定的安全隱患。因此,提高效率、保證安全是掘進(jìn)階段面臨的技術(shù)難題。本文基于常村礦復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)分析,為礦井的實(shí)際掘進(jìn)生產(chǎn)提供依據(jù)。
常村礦所采3#煤層位于山西組的中、下部,煤層賦存穩(wěn)定,煤層均厚5.85m,煤層傾角0~7°,煤體容重1.4t/m3,埋藏深度為453.2~517.7m之間。
隨著礦井采深增加,地應(yīng)力對(duì)礦井圍巖影響較淺部更加明顯,給掘進(jìn)作業(yè)造成困難。在復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)作業(yè),受采動(dòng)應(yīng)力影響,巷道圍巖很容易發(fā)生破碎變形,進(jìn)而造成作業(yè)空間收縮,增加巷道作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)部分區(qū)域存在斷層等結(jié)構(gòu),在掘進(jìn)應(yīng)力的作用下,斷層附近圍巖裂隙更加發(fā)育,導(dǎo)致頂板壓力增大,造成巷道維修頻率增加。
在常村礦西南區(qū)域廣泛分布陷落柱和斷層,而且部分?jǐn)鄬勇洳钶^大,當(dāng)下礦井該區(qū)域正進(jìn)行S3-13工作面的布置。在掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中,多次遇到斷層和陷落柱等多種地質(zhì)構(gòu)造,其中斷層影響較大,最大落差3.2m,且掘進(jìn)過(guò)程中工作面頂?shù)装逵捕容^低,尤其在斷層附近區(qū)域,極易發(fā)生變形破壞,對(duì)掘進(jìn)工作十分不利,降低了正常掘進(jìn)效率。原巷道初設(shè)支護(hù)方式在不同地質(zhì)條件下,支護(hù)參數(shù)基本相同,導(dǎo)致掘巷期間巷道變形無(wú)法有效控制,因此在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行掘進(jìn)支護(hù)研究十分必要。
S3-13回風(fēng)巷掘進(jìn)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度500m,采用綜掘機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)。
當(dāng)圍巖普氏系數(shù)大于5,斷層落差不小于2m時(shí),掘進(jìn)機(jī)可以直接對(duì)斷層頂部進(jìn)行破斷,去除破碎區(qū)域,然后再進(jìn)行錨網(wǎng)索的支護(hù),可進(jìn)一步提高巷道的自承載能力。
S3-13回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面煤巖體普氏系數(shù)平均為3.8,多次遇到斷層,其中落差最大2.8m,最小0.4m,平均約為1.2m。
針對(duì)落差較小斷層區(qū)域,掘進(jìn)機(jī)直接破巖通過(guò),正常支護(hù);而斷層落差較大區(qū)域,針對(duì)前述分析,除巷道破頂之外,由于煤巖體較軟,自承載能力有限,除以上破碎區(qū)域采用的錨網(wǎng)索支護(hù)外,還需要進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。主要形式為“螺紋鋼錨桿+錨索+鋼筋骨架網(wǎng)+槽鋼/U型鋼錨索梁+W鋼帶”,其中頂板錨桿Φ18×2100mm,錨索Φ17.8×6500mm,鋼筋骨架網(wǎng)1000×2000mm,槽鋼120×60×2400mm,W鋼帶3×230×4000mm,U型鋼120×60×2400mm,均采用“三八式”布置。其中回風(fēng)巷道支護(hù)斷面具體如圖1所示。
圖1 直接破頂巷道支護(hù)
在巷道掘進(jìn)中,會(huì)遇到部分?jǐn)鄬影l(fā)育區(qū)域出現(xiàn)斷層下移的情況,當(dāng)斷層落差在2.5m以內(nèi),且巷道頂板完整性較好時(shí),可利用錨網(wǎng)索進(jìn)行巷道圍巖的加強(qiáng)支護(hù),提高巷道圍巖強(qiáng)度。如圖2所示。
此時(shí),掘進(jìn)機(jī)應(yīng)滯后支護(hù)位置約16m,以保障支護(hù)作業(yè)的安全正常進(jìn)行。另外,當(dāng)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)面坡度小于實(shí)際土坡坡度時(shí),掘進(jìn)機(jī)借助不大于10°的載坡進(jìn)行后退臥底作業(yè),進(jìn)而確保巷道高度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如圖3所示。
在斷層落差過(guò)大時(shí),由于斷層區(qū)域圍巖受到多次摩擦擠壓,巖性破碎,掘進(jìn)通過(guò)時(shí)需要進(jìn)行臨時(shí)性支護(hù)。臨時(shí)性支護(hù)應(yīng)采用U型鋼協(xié)同錨桿對(duì)頂板圍巖進(jìn)行支護(hù),提高圍巖錨桿區(qū)的整體性。需要注意的是,除了進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)外,還需要結(jié)合錨桿索等其他措施對(duì)圍巖進(jìn)行深層加固,具體如圖4所示。其中U型鋼采用型號(hào)U36,間距650m,梁腿搭接長(zhǎng)度500mm,頂梁搭接1000mm,頂部4套、幫部各3套卡纜;相鄰支架之間頂部2套、幫部各2套拉板;頂幫錨桿為Φ18 mm×2400mm、間排距800mm×600mm左旋螺紋鋼錨桿。
圖2 后退臥底方式巷道支護(hù)
圖3 后退臥底方式過(guò)斷層
基于掘進(jìn)工作面的實(shí)際地質(zhì)條件,區(qū)分不同情況,采用直接破頂支護(hù)方式、后退臥底支護(hù)方式和U型鋼臨時(shí)支護(hù)方式支護(hù)頂板。通過(guò)上述掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用,在巷道掘進(jìn)初始階段,巷道圍巖變形比較強(qiáng)烈,以頂板變形最為突出,尤其是U型鋼臨時(shí)支護(hù)方式中,在0~10d內(nèi),巷道變形占據(jù)巷道總變形的1/2左右,往后一個(gè)月內(nèi),變形趨于穩(wěn)定,其中頂?shù)装鍑鷰r變形平均維持在113.82mm,兩幫變形量平均為75.12mm,較礦井原始支護(hù)技術(shù)分別減小了38.13mm和21.74mm,效果較為明顯。