北柳技改工程井筒快速掘進實踐分析

李克輝

(遼源礦業(yè)集團西安煤業(yè)公司六區(qū),吉林 遼源 136200)

1 概況

西安煤業(yè)公司六區(qū)為1958年由沈陽煤礦設(shè)計院設(shè)計，設(shè)計生產(chǎn)能力45萬t/a，于1960年投產(chǎn)。礦井從投產(chǎn)至今，已經(jīng)53年，資源儲量已經(jīng)枯竭。北柳區(qū)煤田資源儲量為6072kt，不具備獨立建井條件，但與六區(qū)屬相同沉積條件煤層，按相對位置關(guān)系，通過井下巷道與六區(qū)連通，可以與六區(qū)聯(lián)合開拓，因此北柳區(qū)可作為六區(qū)的接續(xù)采區(qū)進行開采，既解決了六區(qū)接續(xù)問題，又解決了北柳區(qū)原生煤層的開發(fā)，同時能充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，減少建設(shè)投資。北柳煤田開拓設(shè)計采用斜井開拓，利用六區(qū)的三個井筒和-200水平車場等井巷系統(tǒng)，在-200水平布置一條機軌合一大巷到達北柳區(qū)，該大巷標高為-195m～-185m。同時在北柳區(qū)地表布置簡易的工業(yè)場地，由地表布置一對斜井至-185m標高，其中一條斜井為入風井并擔負北柳區(qū)井下大件提升兼做安全出口，另一條斜井為專用回風井兼做安全出口。北柳二水平建設(shè)三條暗井分別為二段膠帶機上山、二段回風上山及二段軌道上山，采區(qū)工作面采用片盤布置方式。

2 巖石力學特征

煤層頂板為黑色泥巖標志層，厚度2.70～75.00m，平均厚度35.00m，其厚度由向斜翼部到軸部逐漸增厚，即標志層泥巖厚、則煤層也厚，反之亦然，甚至尖滅。

煤層底板為薄層泥巖、炭質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖以及凝灰?guī)r，厚度不祥。

該區(qū)煤層頂、底板力學強度較低，遇水易軟化、膨脹及崩解，為穩(wěn)定性較差頂?shù)装?，煤層開采破壞了巖層的力學平衡，當?shù)V山壓力超過了巖石的力學強度時，致使巖石產(chǎn)生變形、開裂和移位，易形成冒頂、底鼓等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)遼源煤田北柳勘探區(qū)精查地質(zhì)報告，各類巖石力學強度見表1。

從上表可以看出，不同巖石的力學強度相差很大，即使同一巖性力學強度變異范圍也相差很大，以中細粒砂巖為例，抗壓強度相差17倍之多。砂巖其力學強度主要決定于膠結(jié)物成分和膠結(jié)類型。當膠結(jié)物為硅質(zhì)和鐵質(zhì)，膠結(jié)程度好的，力學強度就高。當膠結(jié)物為泥質(zhì)，其力學強度就低。巖石受構(gòu)造作用的破壞，也使巖石的力學強度大大降低。泥巖試驗結(jié)果，抗壓強度5.9～78.2MPa，一般15～50MPa，抗拉強度一般在2.3～3.3MPa。砂質(zhì)泥巖抗壓強度25.5MPa，抗拉強度1.0MPa。粉砂巖抗壓強度7.3～46.5MPa，抗壓強度1.2MPa。煤層頂?shù)装鍘r層巖石的試驗結(jié)果表明，煤層頂板泥巖屬于中硬巖類。

表1 煤層頂、底板巖石力學強度測試結(jié)果表

3 施工情況

北柳區(qū)建設(shè)的快慢關(guān)系著西安煤業(yè)公司六區(qū)礦井整體能否正常接續(xù)的重大工程，所以能否快速形成首采工作面，保證六區(qū)正常接續(xù)是北柳區(qū)建設(shè)的重點為題。而首采工作面建設(shè)工期的瓶頸恰恰取決于二水平三條暗井的掘進速度。由于二水平三條暗井所處巖石層層位基本都屬于煤層頂板泥巖，巖石硬度相對較低，具備采用綜掘條件，為盡快推進北柳區(qū)首采工作面形成，我礦采用了由石家莊煤礦機械有限責任公司生產(chǎn)的EBZ-160型綜掘機掘進二水平兩條暗井，配合錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護，取得了顯著的效果，最高單孔月進達到了280m。實現(xiàn)了北柳首采工作面形成比預計工期提前3個月，很好的保證了六區(qū)礦井的正常接續(xù)。

4 結(jié)論分析

通過北柳區(qū)二水平兩條暗井的綜掘?qū)嵺`經(jīng)驗總結(jié)，類似于泥巖類的中等硬度巖石均可使用EBZ-160型綜掘機掘進，配合使用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護工藝，即可以提高掘進速度，又能充分保證巷道整體設(shè)計輪廓外形及支護強度。