復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用解析

李志

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)煤炭資源的需求量不斷攀升，然而隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度與開(kāi)采深度的增加，煤礦開(kāi)采所面臨的地質(zhì)問(wèn)題日趨復(fù)雜，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行煤礦開(kāi)采活動(dòng)，影響煤礦掘進(jìn)速度及安全的因素較多，如地質(zhì)斷層、地質(zhì)褶曲等問(wèn)題。為保障復(fù)雜地質(zhì)下煤礦開(kāi)采活動(dòng)的安全性，結(jié)合工程案例，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下影響煤礦安全生產(chǎn)的因素進(jìn)行探索，提出復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，探索綜掘錨網(wǎng)支護(hù)過(guò)斷層技術(shù)，通過(guò)安全支護(hù)，保障巷道掘進(jìn)支護(hù)的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件 煤礦 掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD322 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（b）-0077-02

1 工程概況

某工作面開(kāi)采煤層為丁6煤，地面標(biāo)高為+160～350 m，工作面標(biāo)高值為-380～ -435 m，煤礦采面地層為屬于向北傾斜單斜構(gòu)造，通過(guò)探查后發(fā)現(xiàn)，該煤礦工作地層傾角值為5°～13°，西部較為平緩，東部較為陡峭。在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在該工作面內(nèi)存在著斷層構(gòu)造，其中正斷層與逆斷層均有發(fā)育，該煤礦煤層頂板與底板具體地質(zhì)狀態(tài)、厚度與巖性特性如表1所示。

2 影響煤礦安全生產(chǎn)的因素分析

根據(jù)該煤礦概述，可以看出該煤礦地質(zhì)條件較為復(fù)雜，考慮到該煤礦地質(zhì)條件及斷層問(wèn)題，為保障煤礦生產(chǎn)的安全性，需要找出在復(fù)雜地質(zhì)條件下影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，采取有效的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，充分保障生產(chǎn)安全。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，該煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，其煤礦巷道附近圍巖處于不堅(jiān)固狀態(tài)，引起巷道強(qiáng)度不足容易產(chǎn)生破碎等問(wèn)題，在雨水侵蝕巷道后，容易出現(xiàn)軟化問(wèn)題，導(dǎo)致巷道支護(hù)難度增加，煤礦斷層問(wèn)題與其構(gòu)造發(fā)育，導(dǎo)致圍巖結(jié)構(gòu)層受到破壞，在巷道開(kāi)挖過(guò)程中，降低圍巖強(qiáng)度，引起巷道穩(wěn)定性問(wèn)題；因該煤礦中存在斷層構(gòu)造，在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)影響下，導(dǎo)致巖層結(jié)構(gòu)受到影響，導(dǎo)致在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，出現(xiàn)較多裂縫，頂板山墻壓力增加等問(wèn)題，影響地質(zhì)開(kāi)采的安全性；在該煤礦開(kāi)采中，部分巷道支護(hù)應(yīng)用的是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，當(dāng)煤礦巷道頂幫壓力增加時(shí)，巷道底板圍巖容易出現(xiàn)是應(yīng)力集中問(wèn)題，影響煤礦開(kāi)采的安全性。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

為保障復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦開(kāi)采的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)煤礦掘進(jìn)支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。在復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)，首先應(yīng)合理確定綜掘機(jī)與普通機(jī)臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)位置的確定是由煤礦巷道長(zhǎng)度來(lái)決定，而煤礦巷道長(zhǎng)度則是根據(jù)煤礦開(kāi)采中所應(yīng)用的掘進(jìn)設(shè)備與實(shí)際操作需要來(lái)確定的。一般情況下，煤礦掘進(jìn)工作面長(zhǎng)度如在300 m范圍以內(nèi)，應(yīng)在煤礦掘進(jìn)開(kāi)采中應(yīng)用普通掘進(jìn)機(jī)，如煤礦掘進(jìn)工作面長(zhǎng)度超出300 m，則在煤礦掘進(jìn)開(kāi)采中選擇綜掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，保障煤礦開(kāi)采的綜合優(yōu)勢(shì)；其次，科學(xué)選擇綜掘機(jī)型號(hào)。在選擇應(yīng)用綜掘機(jī)時(shí)，應(yīng)綜合考慮綜掘機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式、截割強(qiáng)度、生產(chǎn)效率、巖層強(qiáng)度、設(shè)備配件供應(yīng)、設(shè)備維修等因素，還因考慮掘進(jìn)設(shè)備與煤礦巷道斷面適用情況；在選擇臨時(shí)支護(hù)技術(shù)時(shí)應(yīng)保證安全性。綜掘機(jī)進(jìn)行煤礦開(kāi)采采取的是液壓系統(tǒng)，為保證液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，合理采取臨時(shí)支護(hù)方式。一般要求掘進(jìn)機(jī)機(jī)載液壓鎖在應(yīng)用中進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，充分保證煤礦掘進(jìn)工作的安全性與可靠性。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘錨網(wǎng)支護(hù)過(guò)斷層技術(shù)研究

在該煤礦開(kāi)采過(guò)程中，其工作面內(nèi)存在著斷層構(gòu)造，其中正斷層與逆斷層均有發(fā)育，斷層地質(zhì)問(wèn)題十分突出，這些斷層地質(zhì)問(wèn)題的存在，破壞了煤層與煤層之間的連續(xù)結(jié)構(gòu)，在煤礦掘進(jìn)開(kāi)采中容易出現(xiàn)破碎問(wèn)題，且礦體壓力波動(dòng)性較大，對(duì)煤礦掘進(jìn)進(jìn)度產(chǎn)生較大影響，直接影響著煤礦開(kāi)采的安全性與可靠性。為此，應(yīng)針對(duì)不同斷層狀況，采取相對(duì)應(yīng)的支護(hù)技術(shù)。當(dāng)前，復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)主要包括后退臥底法、直接割頂法、起坡臥底及頂煤放炮法等。

4.1 后退臥底法過(guò)斷層技術(shù)的應(yīng)用

在該煤礦工程煤礦掘進(jìn)作業(yè)中，其巷道斷層存在著下移現(xiàn)象，針對(duì)巷道斷層下移問(wèn)題，可以應(yīng)用后退臥底法進(jìn)行支護(hù)，保證煤礦巷道開(kāi)采的安全性。如煤礦巷道斷層落差高度值在2.5 m范圍以內(nèi)，且煤礦直接頂板強(qiáng)度滿足安全性要求時(shí)，可以應(yīng)用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行支護(hù)，提高巷道強(qiáng)度及穩(wěn)定性。在進(jìn)行圍巖支護(hù)作業(yè)時(shí)，將掘進(jìn)機(jī)后移15 m左右?？紤]到該煤礦工程掘進(jìn)機(jī)工作面施工坡度小于土坡坡度，為此，在煤礦巷道中應(yīng)用低于12°的載坡作臥底，通過(guò)后退臥底，保證整個(gè)巷道斷層的下巷道高度符合支護(hù)設(shè)計(jì)要求。如在該煤礦中，沿煤礦掘進(jìn)施工方向，其斷層發(fā)育導(dǎo)致煤層下移，決定應(yīng)用后退臥底法過(guò)斷層。當(dāng)臥底掘到斷面層位置時(shí)，巷道頂部達(dá)到斷層面上盤(pán)煤層頂板，在繼續(xù)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，所采取的是錨桿支護(hù)措施作用于煤層頂板，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層面頂板可靠支護(hù)，后退臥底法示意圖如圖1所示。

在煤礦過(guò)斷層中應(yīng)用后退臥底支護(hù)方式，其支護(hù)技術(shù)對(duì)頂板圍巖影響較小，可以有效保證圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，支護(hù)效果較好。然而后退臥底法其工作量較大，巷道高度增加，作業(yè)強(qiáng)度偏大。為此，在煤礦掘進(jìn)作業(yè)中采取后退臥底法過(guò)斷層，應(yīng)采取錨網(wǎng)索對(duì)巷道及斷面層進(jìn)行全面加固處理，避免出現(xiàn)因臥底施工巷道超高問(wèn)題，充分保障巷道穩(wěn)定性與安全性。

4.2 直接割頂法過(guò)斷層技術(shù)的應(yīng)用

在煤礦掘進(jìn)作業(yè)中，如斷層落差高度值在2 m范圍內(nèi)，斷層結(jié)構(gòu)引起煤層下移，如煤層頂板強(qiáng)度較低，在掘進(jìn)作業(yè)中頂板容易出現(xiàn)破碎問(wèn)題，為保障掘進(jìn)開(kāi)采安全，應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)將強(qiáng)度降低巖石截割破碎，采取錨網(wǎng)索將頂板強(qiáng)度較大巖石進(jìn)行支護(hù)。這種支護(hù)方式即直接割頂法，采取直接割頂法過(guò)斷層，可以有效避免因支護(hù)斷層位置巖石破碎而出現(xiàn)的巷道安全隱患問(wèn)題，還可以避免后退臥底法工作量較大問(wèn)題，其整體支護(hù)與過(guò)斷層進(jìn)度較快。

4.3 起坡臥底及頂煤放炮法過(guò)斷層技術(shù)的應(yīng)用

在該煤礦掘進(jìn)作業(yè)過(guò)程中，存在著斷層發(fā)育，部分?jǐn)鄬訉?dǎo)致煤層整體上移，為實(shí)現(xiàn)煤礦掘進(jìn)效率及安全，采取起坡臥底及頂煤放炮法支護(hù)措施過(guò)斷層。在煤礦巷道揭露0.7 m斷層時(shí)，此時(shí)煤礦掘進(jìn)多應(yīng)用角度低于12°的起坡臥底法進(jìn)行操作，在沒(méi)有頂板后采取正常掘進(jìn)方向。如煤礦斷層落差值超過(guò)2 m，則可以應(yīng)用點(diǎn)小炮方式，將超出綜掘機(jī)最大截割高度頂煤進(jìn)行震落。綜合應(yīng)用起坡臥底及頂煤放炮法過(guò)斷層，考慮到煤礦巷道暴露高度偏大，斷層與下盤(pán)煤礦不能保留，導(dǎo)致斷層支護(hù)難度較大。在完成斷層揭露后，及時(shí)采取錨索支護(hù)措施進(jìn)行斷層支護(hù)，充分保證煤礦巷道穩(wěn)定與安全性。如煤礦斷層高度在2～4 m范圍內(nèi)，則應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行煤礦開(kāi)采，其最大截割高度的頂層煤厚度最大可以達(dá)到33 m，此時(shí)不可以采取頂煤放炮法震落方式，可以應(yīng)用臺(tái)階施工法，采取錨網(wǎng)支護(hù)措施進(jìn)行巷道上部分支護(hù)，采取后退臥底進(jìn)行巷道下部分支護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭資源需求量不斷增加，隨著煤礦開(kāi)采深度與開(kāi)采強(qiáng)度增加，煤礦開(kāi)采地質(zhì)問(wèn)題日趨復(fù)雜，地質(zhì)條件對(duì)煤礦掘進(jìn)進(jìn)度及安全性產(chǎn)生較大影響。為保障復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦生產(chǎn)安全性，結(jié)合某煤礦工程，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。重點(diǎn)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘錨網(wǎng)支護(hù)過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行研究。實(shí)踐證明，該工程合理應(yīng)用掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)，保證了煤礦巷道穩(wěn)定性及安全性，實(shí)現(xiàn)了煤礦開(kāi)采作業(yè)的安全性及綜合效益。

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