關(guān)于煤礦深井巷道“支控”施工技術(shù)的探討

【摘要】：朱集西煤礦為皖北煤電公司首個(gè)千米深井，是皖北煤電集團(tuán)公司重要的接替礦井之一和“十二五”重要的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量85578萬t，可采儲(chǔ)量43164.6萬t。區(qū)內(nèi)可采煤層12層，主要煤種為氣煤和1/3焦煤，是優(yōu)質(zhì)的化工、動(dòng)力和煉焦用煤。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/a。其井底車場及相關(guān)開拓大巷埋深985m，受高地應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、圍巖巖性及施工等因素影響，巷道底鼓、頂沉、兩幫收斂現(xiàn)象嚴(yán)重，圍巖裂隙萌生及擴(kuò)展較為迅速;通過“支控”一體考慮，優(yōu)先從設(shè)計(jì)源頭入手，及時(shí)運(yùn)用“淺孔注漿”、“U型棚+注漿”、“組合錨索+深淺孔注漿”等進(jìn)行聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，從而使深礦井開采達(dá)到安全、高產(chǎn)高效的目的。

【關(guān)鍵詞】：圍巖治理 ?支控一體 ?施工技術(shù)

一、深部巷道特點(diǎn)

深部綜放沿空巷道，具有以下特點(diǎn)：

1.綜放沿空巷道布置在靠近采空區(qū)的煤體中，巷道圍巖結(jié)構(gòu)破碎，在掘進(jìn)和回采過程中，巷道將發(fā)生較大的變形;

2.對于綜放沿空巷道而言，由于巷道上方為頂煤，上覆巖層運(yùn)動(dòng)波及的范圍及影響程度相應(yīng)地增大，回采過程中的礦壓顯現(xiàn)將更加劇烈;

3.綜放工作面年產(chǎn)量多在100萬t左右，開采強(qiáng)度大，機(jī)械設(shè)備體積較大，且所需風(fēng)量劇增，這就要求巷道具有較大的斷面;

4.深部綜放沿空巷道埋深大，地應(yīng)力相對較大。

朱集西煤礦是皖北煤電集團(tuán)公司重要的接替礦井之一和“十二五”重要的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量85578萬t，可采儲(chǔ)量43164.6萬t。區(qū)內(nèi)可采煤層12層，主要煤種為氣煤和1/3焦煤，是優(yōu)質(zhì)的化工、動(dòng)力和煉焦用煤。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限77.1a，同步配套建設(shè)一座400萬噸/年的選煤廠。

朱集西煤礦礦井采用立井分水平開拓方式，設(shè)主井、副井、矸石井及中央風(fēng)井4個(gè)井筒，一水平標(biāo)高為-962m，二水平標(biāo)高暫定-1150m，井田可采煤層12層，煤層埋藏較深，地層傾角平緩，可采儲(chǔ)量約4億噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.0Mt/a。

礦井-962m井底車場及-962m東西翼11煤大巷埋深985m，巷道形式為直墻半圓拱，巷道凈寬為5200mm～5600mm、凈高為4000mmm～4600mm;巷道圍巖巖性主要為泥巖、粉砂巖和細(xì)砂巖。泥巖：深灰色，下部含紫紅色花斑，滑面及擦痕發(fā)育，上部夾有薄層炭質(zhì)泥巖，局部粉砂質(zhì)含量較高，裂隙發(fā)育，易碎;粉砂巖：灰色，局部夾薄層細(xì)砂巖;細(xì)砂巖：灰白色，成分以石英為主，長石次之，局部與粉砂巖、泥巖互層。泥巖的抗壓強(qiáng)度為19～69MPa，屬軟巖;粉砂巖抗壓強(qiáng)度45.8～79.6MPa，屬半堅(jiān)硬巖;細(xì)砂巖抗壓強(qiáng)度85～103MPa，屬堅(jiān)硬巖。

二、巷道圍巖變形情況及原因分析

-962m井底車場及-962m東西翼11煤大巷部分巷道底鼓、頂沉、兩幫收斂現(xiàn)象嚴(yán)重，圍巖裂隙萌生及擴(kuò)展較為迅速。根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，頂?shù)装灏逡平孔羁爝_(dá)32mm/d，底鼓量最大達(dá)1500mm，兩幫收斂量最大達(dá)1200mm。通過周圍巷道對比及圍巖巖性等因素分析，初步認(rèn)為有以下幾種原因：

2.1地應(yīng)力：開采水平較深，地應(yīng)力顯現(xiàn)較為明顯，目前測得最大主應(yīng)力值達(dá)35MPa;圍巖開挖卸荷導(dǎo)致圍巖力學(xué)性質(zhì)迅速劣化，圍巖破碎區(qū)和塑性區(qū)增大。

2.2圍巖巖性：泥巖強(qiáng)度較低，承載性能較差，遇水膨脹、風(fēng)化，加快了巷道變形速度，對巷道整體破壞較大。主井馬頭門、西軌一號(hào)交岔點(diǎn)等處表現(xiàn)得較為突出。主井馬頭門兩幫收斂（支護(hù)為砼澆筑，強(qiáng)度為C50），由原凈寬×凈高=4200×4600mm收斂為3100×4500mm;鋼板彎曲變形、大面積暴皮、鋼筋及化學(xué)漿裸露;而與此同水平的副井馬頭門由于整體處于細(xì)砂巖中，巷道基本沒變形。

2.3斷層構(gòu)造：受斷層帶附近巖性破碎及構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道不易維護(hù)。等候硐室南通道、內(nèi)外水倉上口及東翼11煤回風(fēng)大巷等處就是個(gè)很好的例證。特別是等候硐室南通道受FD84斷層影響，巷道臥底3次后仍在底鼓，1個(gè)月后，巷道底鼓量又恢復(fù)到原有水平，而與此相距僅30m的等候硐室北通道基本沒變形。

2.4支護(hù)強(qiáng)度：現(xiàn)我礦錨索為φ22m高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿為φ22mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿，剛性支架為36U型棚，網(wǎng)片為φ8mm螺紋鋼加工，錨桿、錨索密集支護(hù)間排距為700mm×700mm（正常段錨索間排距為1400mm×1400mm），單從支護(hù)強(qiáng)度來看，在兩淮礦區(qū)應(yīng)該算較高的了，但錨桿、錨索斷裂現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。

三、巷道圍巖“支控”技術(shù)

3.1、主要措施

通過上述情況及分析來看，減小巷道圍巖變形量主要有以下兩種途徑：

①聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：對于已開挖的巷道，及時(shí)進(jìn)行一次支護(hù)，恢復(fù)巷道圍巖三向應(yīng)力狀態(tài)，加強(qiáng)圍巖自身的承載性能，另外也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次、三次甚至多次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，通過“淺孔注漿”、“U型棚+注漿”、“組合錨索+深淺孔注漿”等手段進(jìn)一步改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、加大支護(hù)強(qiáng)度。

②控制層位：對于未施工的巷道，應(yīng)優(yōu)化巷道布局，把巷道盡量布置在堅(jiān)硬砂巖中（K3砂巖），主動(dòng)增加圍巖自身的強(qiáng)度，減少巷道后期被動(dòng)維護(hù)工程量。樹立“保底固頂”思想，從礦現(xiàn)有情況來看，大巷頂幫采用補(bǔ)強(qiáng)加固等手段，基本可滿足生產(chǎn)需要，而底鼓則是巷道治理的難點(diǎn)。在條件限制情況下，若巷道整體不能處于砂巖中，巷道底板應(yīng)盡量保留3m左右砂巖，巷道頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

3.2、控制層位后的巷道支護(hù)參數(shù)

西翼11煤膠帶大巷、西翼11煤矸石大巷調(diào)整坡度進(jìn)入K3砂巖層位，西翼11煤軌道大巷調(diào)整巷道方位使巷道底部留有3m左右的硬砂巖，其支護(hù)參數(shù)為：錨桿間排距700mm×700mm，錨索間排距為2100mm×2100mm或2100mm×1400mm（巷道頂部若有3m以上的硬砂巖，錨索可以不打），底板基本不需要進(jìn)行加固。

四、實(shí)施效果

對于巖性較差的巷道，采用多種聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，通過近年來的現(xiàn)場監(jiān)測，巷道幫部變形基本控制在100mm左右，巷道底鼓基本控制在150mm左右，控制巷道變形效果比較明顯，基本滿足了礦井安全需要。

對于優(yōu)化控制層位的巷道，巷道比較穩(wěn)定，基本不需要修護(hù)，安全效益及經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。以礦施工的西翼11煤膠帶大巷、西翼11煤矸石大巷為例：平均每米巷道比層位優(yōu)化前少打約5根錨索，每根錨索施工成本約為688.29元（含人工成本），減少了成本投入（若考慮巷道二次修護(hù)所消耗的大量物力、人力及工期，其經(jīng)濟(jì)效益更加明顯），其次作業(yè)現(xiàn)場安全環(huán)境得到極大改善，安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平明顯提升。

五、結(jié)束語

1、采用多種聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，控制巷道變形效果比較明顯，其關(guān)鍵點(diǎn)就是要抓住注漿的時(shí)機(jī)，巷道圍巖變形量超過30～80mm，就應(yīng)及時(shí)注漿。

2、對于底鼓巷道，采用“組合錨索+深淺孔注漿”達(dá)到了預(yù)期使用效果。

3、優(yōu)化控制巷道層位，巷道底板留有3m以上的硬砂巖（保底固頂）基本能夠抵抗高地應(yīng)力對底板的破壞，能夠弱化巷道底鼓和兩幫收斂相互影響程度，對于巷道維護(hù)非常有利。減少了巷道二次修護(hù)工程，取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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【2】武名，淺談煤礦深井圍巖控制技術(shù)，《商品與質(zhì)量》2011年07期

【3】張輝，超千米深井高應(yīng)力巷道底鼓機(jī)理及錨固技術(shù)研究《中國礦業(yè)大學(xué)（北京）》2013年12期。

作者簡介：余世亮，（1965.10）男，漢族，大學(xué)?？?，安徽六安人，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)采礦系。主要從事煤礦采掘技術(shù)與安全管理工作。endprint