不連溝煤礦順槽巷道煤體片幫防治研究

喬元棟，劉磊磊

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003，

2.中國(guó)華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

不連溝煤礦順槽巷道煤體片幫防治研究

喬元棟1，劉磊磊2

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003，

2.中國(guó)華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

不連溝礦井在F6103工作面輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間，巷道兩壁發(fā)生片幫，片幫深度達(dá)0.6～1.6m，使巷道超出原設(shè)計(jì)斷面凈寬2.6m，成為不連溝煤礦最大的危險(xiǎn)源之一。針對(duì)該礦存在的影響煤礦安全生產(chǎn)的片幫災(zāi)害問(wèn)題，結(jié)合周邊礦井冒頂事故進(jìn)行了原因分析，提出不連溝礦巷道掘進(jìn)期間煤體片幫的治理依據(jù)。

運(yùn)輸順槽；應(yīng)力集中；煤巷片幫；錨桿支護(hù)

1 礦井地質(zhì)概況

不連溝井田位于準(zhǔn)格爾煤田最北部，準(zhǔn)格爾旗東孔兌鄉(xiāng)，隸屬蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司。

礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 000萬(wàn)噸/年。全井田設(shè)二個(gè)水平六個(gè)盤區(qū)，一水平井底位于6#煤底板，分三個(gè)盤區(qū)生產(chǎn)；二水平井底位于9#煤底板，分三個(gè)盤區(qū)生產(chǎn)。工作面采用長(zhǎng)壁采煤法，全部冒落法管理頂板。

準(zhǔn)格爾煤田大地構(gòu)造位置屬華北地臺(tái)鄂爾多斯臺(tái)向斜的東北緣，煤田總的構(gòu)造輪廓為-東部隆起、西部坳陷，走向近S-N，向W傾斜的單斜構(gòu)造。井田南北最長(zhǎng)處7.97 km，東西最寬處5.72 km，面積33.114 km2。煤層埋藏深度在200 m以下，含煤地層為厚約200 m的石炭二疊系，自上而下含有9層煤，其中含可采6層。二疊系山西組含有局部可采5#煤層；石炭系太原組可采煤層5層，除6#上和6#下煤層為局部可采外，6#上，9#上，9#煤層為全區(qū)可采或大部可采，煤層厚度變化大。井田內(nèi)地層為向SWW傾斜的單斜構(gòu)造，總體產(chǎn)狀平緩，在單斜基礎(chǔ)上發(fā)育有寬緩的波狀褶皺起伏，地層傾角一般3～8°。井田內(nèi)鉆探發(fā)現(xiàn)落差20m以上的正斷層4條，中、小斷層較發(fā)育，煤層節(jié)理發(fā)育。煤質(zhì)牌號(hào)為長(zhǎng)焰煤，屬二氧化碳氮?dú)鈳?、低瓦斯礦井。主要可采煤層為易自燃煤，煤塵有爆炸的危險(xiǎn)性，無(wú)地溫異常。井下巷道揭露的煤層及頂板破碎嚴(yán)重，順槽掘進(jìn)期間經(jīng)常發(fā)生片幫現(xiàn)象。

2 巷道掘進(jìn)期間片幫影響因素

2.1 地質(zhì)構(gòu)造影響

1）煤體破碎，裂隙極其發(fā)育。輔助運(yùn)輸順槽在6#煤層中掘進(jìn)，掘進(jìn)迎頭發(fā)現(xiàn)走向南北，落差0.6 m以下的多條小斷層，且煤層節(jié)理發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)破碎，斷裂面多與巷道掘進(jìn)方向正交或斜交。斷裂構(gòu)造密集帶附近煤體的正常的水平層理被密集的裂隙掩蓋，裂隙面多呈垂直方向或與巷道頂板大角度相交的密集節(jié)理，現(xiàn)場(chǎng)稱滑面。煤層節(jié)理發(fā)育導(dǎo)致掘進(jìn)施工中巷道兩幫的穩(wěn)定性時(shí)好時(shí)壞，極易發(fā)生片幫。

2）主要可采6#煤層厚度6.25～35.50m，平均16.54m，全井田可采。在6#煤層底板之上約4.5m含有厚約0.4 m分布較穩(wěn)定的泥巖夾矸層，矸石層裂隙發(fā)育非常破碎，破裂面基本垂直板。F6103工作面輔助運(yùn)輸順槽巷道設(shè)計(jì)沿6#煤層底板掘進(jìn)，故此破碎的夾矸層始終同巷道平行。

2.2 巷道掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生煤層爆幫的影響

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)在綜掘機(jī)切割煤體過(guò)程中煤爆現(xiàn)象十分劇烈，在一個(gè)正規(guī)循環(huán)掘進(jìn)完成后，約30分鐘的時(shí)間段內(nèi)還會(huì)發(fā)生爆幫，但強(qiáng)度及頻率相對(duì)低些。當(dāng)巷道掘進(jìn)進(jìn)行下一個(gè)正規(guī)循環(huán)過(guò)程中煤爆現(xiàn)象會(huì)再次出現(xiàn)，其強(qiáng)度及頻率也呈有規(guī)律的強(qiáng)弱變化?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，巷道開(kāi)挖后的煤幫不進(jìn)行及時(shí)支護(hù)而發(fā)生爆幫，其片幫深度多數(shù)不會(huì)超過(guò)0.3～0.4 m左右。在一個(gè)正規(guī)循環(huán)掘完之后立即對(duì)兩幫進(jìn)行有效的支護(hù)，巷道掘進(jìn)二次擴(kuò)幫時(shí)產(chǎn)生再次片幫的現(xiàn)象能夠有效抑制。

2.3 支護(hù)效果的影響

運(yùn)輸順槽頂部設(shè)計(jì)采用每排兩根Φ15.24× 8 000 mm錨索，要求使用鋼帶配合鋼筋梯子梁加強(qiáng)支護(hù)，頂幫部位采用Φ22×2 400 mm的左旋等強(qiáng)錨桿，兩幫采用鋼帶以增強(qiáng)其兩幫的支護(hù)強(qiáng)度[1]。工程實(shí)際使用了Φ18×2 400mm的左旋等強(qiáng)錨桿，兩幫后來(lái)也改進(jìn)采用了全螺紋Φ18×2 400mm高強(qiáng)度錨桿，并且頂板支護(hù)中加大了支護(hù)密度，每排兩根錨索改為每排3根錨索，與原設(shè)計(jì)相比缺少采用鋼筋梯子梁，幫部沒(méi)有采用鋼帶。根據(jù)目前實(shí)際生產(chǎn)中的頂板支護(hù)情況來(lái)看，頂部的支護(hù)強(qiáng)度能夠滿足當(dāng)前需要，但貼近工作面的順槽正幫側(cè)片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，錨桿不能保證對(duì)巷幫有效支護(hù)，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。盡管采取了加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控及質(zhì)量控制手段，尤其是加強(qiáng)對(duì)失效錨桿要求補(bǔ)打的管理力度，增加了木托板，并加大了木托板的尺寸（改300mm ×30mm為300mm×500mm），以增加對(duì)幫部的有效支護(hù)，但收效甚微。

2.4 掘進(jìn)與支護(hù)不能合理銜接的影響

其主要表現(xiàn)在綜掘機(jī)司機(jī)一方面想少循環(huán)多掘進(jìn)，即過(guò)分追求單掘進(jìn)尺，而忽視了支護(hù)質(zhì)量及效果，具體在切割頭進(jìn)刀方式及進(jìn)刀量及適當(dāng)減少截割凈寬度上掌握不好，掘進(jìn)與支護(hù)不能在短時(shí)間內(nèi)合理銜接。

3 巷道片幫應(yīng)對(duì)策略與技術(shù)

3.1 優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)

目前采用的支護(hù)方式盡管已經(jīng)進(jìn)一步進(jìn)行了規(guī)范，相比增加了頂板錨索的支護(hù)數(shù)量，頂板整體性較好，暫無(wú)頂板離層、頂板破碎現(xiàn)象發(fā)生。今后施工中如遇頂板發(fā)生裂縫、離層、錨索鎖頭退出現(xiàn)象時(shí)，必須立即采取加強(qiáng)支護(hù)措施，可進(jìn)一步考慮頂板支護(hù)增加鋼筋梯子梁、加大錨桿直徑，加大錨桿托盤、甚至減小錨桿、錨索間排距等方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。幫部目前采用了Φ18×2 400 mm的錨桿，采用兩個(gè)中螺母防止出現(xiàn)退錨現(xiàn)象。同時(shí)改變目前的塑料網(wǎng)片為金屬網(wǎng)片，因?yàn)閮烧呦啾?，金屬網(wǎng)強(qiáng)度好，塑料網(wǎng)韌性好，在初步發(fā)生煤爆后金屬網(wǎng)的高強(qiáng)度和鋼性相比塑料網(wǎng)在有效控制二次爆幫上效果要好一些，可減少片幫向深度發(fā)展。如果還不能有效控制片幫向縱深處發(fā)展時(shí)，可進(jìn)一步考慮使用平鋼帶，并及時(shí)采取噴漿支護(hù)封閉煤體，并減少煤體因風(fēng)化作用降低對(duì)兩幫的支護(hù)強(qiáng)度[2]。

3.2 采取因地制宜特殊支護(hù)

在遇到斷層較大、頂板破碎較為嚴(yán)重等特殊地段掘進(jìn)巷道時(shí)，必須加強(qiáng)支護(hù)[3]。在原來(lái)正常情況下設(shè)計(jì)的支護(hù)基礎(chǔ)上要進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。例如，在遇斷層破碎帶處要求采用工字鋼棚加強(qiáng)支護(hù)，當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)小范圍冒落時(shí)可作成半圓拱或者微拱形，并補(bǔ)打鋼帶、加長(zhǎng)錨索、加密支護(hù)等辦法防止出現(xiàn)冒頂范圍擴(kuò)大，必要時(shí)采用架棚等被動(dòng)支護(hù)控制頂板。

3.3 加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作

礦井地質(zhì)工作者要做好地質(zhì)構(gòu)造的超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，指導(dǎo)施工單位安全快速掘進(jìn)。過(guò)小斷層或破碎帶時(shí)要及時(shí)再預(yù)報(bào)，提醒掘進(jìn)施工人員引起足夠的重視。積極引進(jìn)先進(jìn)的礦井地質(zhì)探測(cè)設(shè)備，開(kāi)展地質(zhì)保障研究，為煤礦安全高效生產(chǎn)服務(wù)。

3.4 加強(qiáng)頂板離層監(jiān)測(cè)與資料分析。

進(jìn)一步加強(qiáng)已掘成巷道的頂板離層觀測(cè)[4]，施工單位嚴(yán)格按要求、按標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)隨掘進(jìn)進(jìn)度安裝頂板離層觀測(cè)儀，安排專人進(jìn)行管理、及時(shí)觀測(cè)，作到現(xiàn)場(chǎng)、臺(tái)帳、記錄三對(duì)照分析，發(fā)現(xiàn)離層超限，及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施，嚴(yán)防事故發(fā)生。

3.5 嚴(yán)格控制綜掘施工及支護(hù)工序管理

施工單位認(rèn)真分析總結(jié)針對(duì)本煤層賦存情況行之有效的施工工藝，合理控制一次掘進(jìn)時(shí)巷道寬度，巷道片幫時(shí)要求可在巷道肩窩處縮小寬度（肩窩處凈寬達(dá)到5.3m時(shí)即可）并自然圓弧過(guò)渡。掘進(jìn)工程要按照“小循環(huán)、分臺(tái)階、導(dǎo)硐法”施工[5]，同時(shí)要求施工單位在巷道掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)格按煤層底板施工，盡可能將距煤層底板約4.5 m位置的夾矸層控制在頂板以上0.6 m以上范圍施工。嚴(yán)禁將該夾矸層做為直接頂板或留設(shè)在巷道掘進(jìn)斷面肩窩位置施工。煤層頂板出現(xiàn)滑面時(shí)要求監(jiān)理及時(shí)按照巷道冒落后的輪廓線及時(shí)補(bǔ)打錨桿，片幫后寬度超過(guò)0.3 m時(shí)必須在頂板上補(bǔ)打錨桿加強(qiáng)支護(hù)。同時(shí)要求錨桿失效時(shí)必須立即補(bǔ)打。

煤層爆幫是巷道掘進(jìn)過(guò)程中因?yàn)槊簩诱w結(jié)構(gòu)性發(fā)生破壞煤體應(yīng)力釋放，內(nèi)部應(yīng)力重新形成一個(gè)新的平衡的過(guò)程[6]。應(yīng)對(duì)片幫最有效的只有短掘短支，即在第一次發(fā)生煤層爆幫過(guò)后，在最短時(shí)間內(nèi)及時(shí)打上完好的錨桿支護(hù)，使其起到預(yù)應(yīng)力錨桿的作用，盡可能在第二次發(fā)生煤體爆幫之前能對(duì)兩幫有效支護(hù)，有起到抑制片幫向縱深發(fā)展的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

不連溝礦位于準(zhǔn)格爾煤田北部，由于受陰山構(gòu)造帶的影響，煤層被擠壓，節(jié)理裂隙極其發(fā)育。由于區(qū)域應(yīng)力集中，當(dāng)巷道掘進(jìn)時(shí)極易發(fā)生應(yīng)力釋放而片幫、煤爆。全面分析和預(yù)測(cè)工作面輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間，發(fā)生片幫、煤爆的實(shí)際，提出預(yù)防和避免災(zāi)害的有針對(duì)性的技術(shù)舉措，為保證煤礦安全高效掘進(jìn)與生產(chǎn)提供依據(jù)。

[1]潘睿.采動(dòng)壓力下相鄰區(qū)段回風(fēng)巷道片幫控制[J].礦山壓力與頂板管理，2002，19（3）：8-10.

[2]王厚良.防片幫網(wǎng)在劉莊煤礦西區(qū)軟巖架棚巷道中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27（2）：24-26.

[3]孫占成.綜放開(kāi)采動(dòng)壓影響破碎巷道圍巖加固控制技術(shù)研究[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，27（6）：61-64.

[4]竇紅平.綜放工作面松軟破碎煤體防片幫冒頂技術(shù)探討[J].能源技術(shù)與管理，2010（2）：59-61.

[5]施德軍，肖青林，馬國(guó)臣.卸壓支護(hù)及錨帶加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在架棚支護(hù)巷道的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27（2）：63-65.

[6]程偉.松軟厚煤層巷道圍巖穩(wěn)定原理與控制技術(shù)研究[J].煤炭科技，2010（2）：4-6.

〔責(zé)任編輯 石白云〕

Prevention Research of Coal body Rib Spalling of Headentry in Bu Liangou Coal M ine

QIAO Yuan-dong1，LIU Lei-lei2
（1.School of Coal Engineering，ShanxiDatong University，Datong Shanxi，037003；2.Bu Liangou Coal Company ofMengtai，Erdos Inner Mongolia，010300）

When auxiliary transportation crossheading of F6103 working face was tunneling，it occurred the phenomenon of two sloughing.The sloughing＇s depth ranged from 0.6m to 1.6m.The clear width exceeded in normal level by 2.6m.it has become one of the biggesthazards in Bu Liangou CoalMine.As to the coalmine＇s existent problems，the essay analyzed reason combing with the the periphery of the coalmine roof fall accidentand put forward the solutions basis to treat sloughing.

transportation crossheading；stress concentration；sloughing；anchor rod

R392.12

A

1674-0874（2012）03-0070-02

2011-12-20

喬元棟（1978-），男，大同渾源人，在讀博士，講師，研究方向：煤礦開(kāi)采與礦山壓力。