趙家寨煤礦差異化支護(hù)方法探討與應(yīng)用

韓銀行 蔡 鵬 陳 聰

（新鄭煤電公司趙家寨煤礦，河南 新鄭451100）

趙家寨煤礦位于鄭州市南約40千米，京廣鐵路線西側(cè)的新鄭市西部，行政隸屬新鄭市的城關(guān)鎮(zhèn)、辛店鎮(zhèn)和新密市的大隗鎮(zhèn)。是由鄭煤集團(tuán)、神火集團(tuán)、北京聯(lián)合德信投資有限責(zé)任公司共同參股的一座年產(chǎn)300萬噸的大型礦井。井田范圍西起煤層底板-800米等高線，東到賈梁斷層及煤層露頭(一1煤層為區(qū)塊邊界)，北從大隗斷層，南止歐陽寺斷層及區(qū)塊邊界，東西長13.5千米，南北寬3.7千米，面積約50平方公里。

1 地質(zhì)構(gòu)造情況

本區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)華北平原地層分區(qū)之嵩箕小區(qū)。區(qū)內(nèi)僅西部及其外圍的許崗-三岔口一帶有二疊系上統(tǒng)平頂山砂巖和三疊系下統(tǒng)金斗山砂巖出露，絕大部分為新生界掩蓋。缺失奧陶系上統(tǒng)、志留系、泥盆系和石炭系下統(tǒng)。區(qū)內(nèi)地層從老到新依次為寒武系上統(tǒng)、奧陶系中統(tǒng)、石炭系中上統(tǒng)、二疊系及第三、四系。本區(qū)主體構(gòu)造為一兩翼地層產(chǎn)狀平緩，傾角3-15°，軸向NWW-SEE的寬緩背斜構(gòu)造。根據(jù)勘探報告井田內(nèi)共有斷層18條，除溫泉、寧溝兩條小逆斷層外，其它均為正斷層。其中落差大于100米的5條，落差100～50米的5條，落差50～30米的7條，落差小于30米的有l(wèi)條。大隗斷層、賈梁斷層、歐陽寺斷層構(gòu)成本區(qū)自然邊界。斷層走向除大隗斷層為近東西向外，其余均為北西～南東向，并以南升北降正斷層為主，全區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。礦井區(qū)內(nèi)發(fā)育有滹沱背斜，縱張裂隙和X節(jié)理發(fā)育，并且西北傾伏端被大隗斷層切割，受斷層帶地下水的補(bǔ)給，形成相對富水區(qū)。本區(qū)構(gòu)造主要以斷裂為主，伴有發(fā)育程度不同的褶皺，主要褶皺有滹沱背斜。

礦井主采山西組二1煤（平均厚度5.5米），半金屬光澤，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤質(zhì)松軟，屬典型的三軟煤層。煤層局部發(fā)育偽頂平均厚0.6m，以碳質(zhì)泥巖為主；直接頂為砂質(zhì)泥巖平均厚4.0m；老頂為大占砂巖平均厚度為14m。同時我礦還兼采二3煤層（平均厚度1.3米），煤層局部發(fā)育偽頂平均厚0.3m，以碳質(zhì)泥巖為主；直接頂為砂質(zhì)泥巖平均厚7.0m；老頂為香碳砂巖平均厚度為20m。兩層煤間距平均18m。

2 支護(hù)改革背景及方法

趙家寨煤礦目前年產(chǎn)量300萬噸，在煤炭市場非常“疲軟”的情況下，必須降低成本。煤礦投入成本最多相對零利潤的是巷道掘進(jìn)，所以我們必須在巷道支護(hù)上降低成本。為了確保安全生產(chǎn)，我礦必須探索一套新的支護(hù)方式。

我礦從2012年開始試行差異化支護(hù)，先是在31116薄煤層（平均煤厚1.3m)工作面采用大棚距（大棚距1.0m，傳統(tǒng)棚距0.6m）+頂錨桿補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)方式，使單進(jìn)水平不斷提高，平均月單進(jìn)達(dá)到380米，并于當(dāng)年12月創(chuàng)下了月單進(jìn)602米的集團(tuán)公司紀(jì)錄，有力的保證了采面接替。隨著支改工作的逐步深入，結(jié)合當(dāng)前形勢，我礦將指導(dǎo)思想轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴凹訌?qiáng)支護(hù)、因地制宜、保證回采、快速推進(jìn)”為方向的新的支改路子，把沿頂掘進(jìn)作為突破口，先是在12208工作面進(jìn)行試點(diǎn)，取得了初步成功后，在首個低位放頂煤工作面11208采取兩巷補(bǔ)強(qiáng)方式（該面兩巷全部沿空掘進(jìn)，平均煤厚6米以上），為回采創(chuàng)造條件。同時，根據(jù)12211接替面的實(shí)際情況（該面是我礦12采區(qū)東翼最上部一個工作面，采深僅230米，平均煤厚6米以上，原煤中掘進(jìn)，周邊無采動影響），我們在該面采取了大棚距施工，并進(jìn)行了錨索（桿）加鋼帶補(bǔ)強(qiáng)，通過在12211里段進(jìn)行回棚實(shí)驗(yàn)，效果非常好。在不斷摸索中，我們信心越來越足，開始在切巷搞全錨網(wǎng)設(shè)計(jì)（切巷頂煤在6米以上，最后處達(dá)9米），為穩(wěn)妥起見，在施工中采取架棚作為臨時支護(hù)，錨（桿）索為主要支護(hù)，通過現(xiàn)場實(shí)踐達(dá)到了預(yù)期目的。

在支改不斷推進(jìn)過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了不少問題，隨著12208工作面回采，采用的差異化支護(hù)方案的不足之處開始逐漸顯露。主要有以下幾點(diǎn)：

①進(jìn)巷時頂部打設(shè)三根6米錨索，兩幫各打三根3米錨桿（圖1），頂部錨索與幫部錨桿未形成一個整體的加固圈，導(dǎo)致因局部擾動出現(xiàn)垮塌（尤其是局部頂空處）。使兩巷護(hù)頂還需加頂部一根坑木，局部需加椽子背幫。支護(hù)面積不夠，頻繁出現(xiàn)網(wǎng)兜、網(wǎng)撕裂等；玻璃鋼錨桿強(qiáng)度不行，有折斷現(xiàn)象。從而導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，支護(hù)失效。

圖1

②我們又采用頂部錨索加鋼帶，每隔一棚加一道鋼帶，兩幫各打三根3米錨桿（圖2），效果明顯好于第一種支護(hù)，但是頂部錨索與幫部錨桿還未形成一個整體的加固圈，導(dǎo)致因局部擾動出現(xiàn)垮塌（尤其是局部頂空處出現(xiàn)網(wǎng)兜）。局部需加椽子背幫。支護(hù)面積不夠，頻繁出現(xiàn)網(wǎng)兜、網(wǎng)撕裂等，有折斷現(xiàn)象。從而導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，支護(hù)失效。

試驗(yàn)工作面暴露的一些問題，我們認(rèn)識到主動支護(hù)的強(qiáng)度普遍還存在問題，于是在支護(hù)設(shè)計(jì)以及兩巷補(bǔ)強(qiáng)上，有針對性的采取了加密、加長、加粗并增設(shè)鋼帶等加強(qiáng)措施，逐漸取消軟塑料網(wǎng)、玻璃鋼錨桿，大量使用￠17.8mm及以上錨索，推廣使用鋼帶。同時通過開展支護(hù)質(zhì)量大檢查，增加檢查手段，主動支護(hù)的失效率從最開始的接近50%到現(xiàn)在的不超過5%，月單進(jìn)也從原先的120米左右逐步達(dá)到180-210米。

圖2

③通過設(shè)計(jì)、施工、觀測、分析我們采用棚距1米，每棚之間三根6米錨索加鋼帶了，兩幫各打三根3米錨桿加“H”型鋼帶支護(hù)方式。在12211上下付巷使用，該區(qū)域煤厚6米左右，巷高3.4米，效果非常好，為了更好的推薦差異化支護(hù)改革，我們大膽的在上付巷20米巷道內(nèi)將“U”型鋼棚拆除，實(shí)驗(yàn)支護(hù)強(qiáng)度（如圖3）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果目前該段巷道已經(jīng)拆除“U”型鋼棚70天，巷道仍然未出現(xiàn)變形。

在12211上付巷，通過在原有棚間采用全斷面錨（桿）索加鋼帶，擴(kuò)大護(hù)表面積，形成完整加固圈，從里段觀測數(shù)據(jù)看，能夠達(dá)到預(yù)期目的。在12211切巷頂煤較厚的情況下試用12#礦工鋼大棚距+錨索（桿）+縱橫鋼帶的新支護(hù)方式，目前支護(hù)效果也不錯，每天手稿掘進(jìn)3米，既保證了支護(hù)質(zhì)量也沒有影響進(jìn)度，更為我們下一步支架安裝打下了很好的基礎(chǔ)。

圖3

3 經(jīng)濟(jì)效益及結(jié)論

未支護(hù)改革前我礦煤巷采用的是16m2斷面，36型U型鋼支護(hù)，棚距0.6m，工作面上下付巷加切巷總長都在4000米左右，需要36型U型鋼7000架左右，目前一架36型U型鋼售價3996元，這樣每個工作面貫通后直接投入2664萬元，如果我們想辦法能把36型U型鋼去掉這樣能大大節(jié)約成本。

新鄭煤電公司緊緊圍繞“安全第一、因地制宜、循序漸進(jìn)”指導(dǎo)思想。前期支護(hù)為大棚距巷頂加3根6～9m錨索（直徑為17.8mm鋼絲繩錨索）加“H”型鋼帶，兩巷幫各打三根3m錨桿(直徑20mm等強(qiáng)錨桿)加“H”型鋼帶，間排距1m。這樣能保證工作面回采上下端頭不替棚；中期支護(hù)為棚距加大到2m，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采取補(bǔ)強(qiáng)措施；到后期實(shí)現(xiàn)取消U型鋼棚，補(bǔ)強(qiáng)措施。