A research on the driving supporting technology of contiguous seams
Zhang yi Yan zhi qing
( Yungang mine，Datong Coal Mine Group，Datong，Shanxi Province 037017，China)
Abstract This article presents that during the driving of contiguous seams, geology-forecasting has been used, a flexible roof-supporting construction technology has been adopted, so that we achieved a quick and safe driving of the roadway. Because of these steps ,not only more unnecessary second supporting materials has been saved during the later stage of coal cutting ,but also some very precious experiences of the roadway-driving method in the contiguous seams has been accumulated .
Key word contiguous seams; driving; supporting
1 礦井概況
大同煤礦集團(tuán)公司云崗礦位于山西省大同市西郊云崗溝內(nèi)，距大同市區(qū)18km，是1973年投產(chǎn)的全國(guó)著名特大型礦井和煤炭行業(yè)特級(jí)安全高效礦井，開采大同侏羅紀(jì)煤層，井田南北長(zhǎng)13.1km，東西寬5.75km，面積59.0003 km2。礦井屬于高瓦斯礦井，采用立井、斜井混合式開拓方式開拓，分區(qū)抽出式通風(fēng)方式，主運(yùn)輸水平為+980m水平，+1030m水平為輔助運(yùn)輸水平。目前井田北部12-2#層311盤區(qū)與12-1#層為近距離煤層。
1.1 盤區(qū)地質(zhì)情況
云岡礦11-2#層311盤區(qū)位于礦井北翼，東西走向長(zhǎng)約2050m，南北傾向長(zhǎng)平均2100m；本區(qū)地層大致為一單斜軸構(gòu)造，走向近似于東西向，傾向南，傾角2--6度，平均4度；面積430.5萬平方m，地質(zhì)儲(chǔ)量1052.5萬噸，可采儲(chǔ)量478.5萬噸，布置普通綜采工作面。
本區(qū)煤層除東南部不可采外，其余全部可采，煤層厚度0.50～3.78m，平均1.91m，西北部與11-1#層合并，合并區(qū)內(nèi)煤厚最大5.13m，最小4.61m，平均4.93m，有1～3層夾石，夾石總厚度最大0.68m，單層厚度0.1～0.42m，在分叉線為0.80m。
本區(qū)煤層偽頂巖性為灰白-深灰色粉砂巖，厚度0.10～0.40m，薄層狀構(gòu)造，層面含大量煤屑、植物化石。直接頂巖性為中-粗砂巖，灰白色，厚0.80～15.28m，局部相變?yōu)榧?xì)砂或粉砂巖。直接底為粗-粉砂巖，灰白色，厚0.60～8.54m，巖性變化較大。煤層硬度f＝3～4，節(jié)理較發(fā)育。煤層局部含夾石，夾石為粉砂巖，厚0～0.1m，有少量結(jié)核。
影響本區(qū)開采的主要是裂隙水、上覆采空區(qū)積水和附近小煤窯采空區(qū)積水。
1.2 掘進(jìn)工作面基本情況
11-2#21109巷煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，無夾石，厚度在1.20～2.70m之間，平均厚度2.14m。煤層傾角0～4°，平均2°，設(shè)計(jì)掘?qū)?/span>4.2m,掘高2.6m。頂板中-細(xì)-粉砂巖，厚度0.6～10m，平均厚度4.60m，灰白色，水平層理，向北粒度變小，北部頂板約0.6m上發(fā)育一層煤線，含煤屑。21109巷距511回風(fēng)巷444m-888m范圍與11-1#層間距在4m之間，具體與11-1#層間距概況如下：
0～550m范圍，層間距＞4.0m； 550～670m范圍，層間距3.0～4.0m；
670～840m范圍，層間距2.0～3.0m； 840～900m范圍，層間距＜2m；
900～1020m范圍，層間距2.0～3.0m； 1020～1110m范圍，層間距3.0～4.0m；
1110～1221m范圍，層間距＞4m；
2 極近距離掘進(jìn)面臨的主要問題
11-1#層與11-2#層屬近距離煤層，層間距和煤層極不穩(wěn)定，11-2#層81109工作面頂板粉細(xì)砂巖互層，層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育，且北部發(fā)育一層煤線，穩(wěn)定性差，掘進(jìn)和回采時(shí)頂板難以維護(hù)，易發(fā)生漏頂事故，故在掘進(jìn)工程中對(duì)近距離頂板層間厚度、巖性、穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)和采取有效的支護(hù)至關(guān)重要。
3 極近距離掘進(jìn)的技術(shù)方案
3.1地質(zhì)預(yù)測(cè)方面
（1） 對(duì)巷道所處的應(yīng)力環(huán)境及圍巖條件進(jìn)行了具體分析，包括21109巷上覆煤柱的壓力傳遞的影響范圍、構(gòu)造應(yīng)力的作用、巖性、地質(zhì)構(gòu)造的影響等，預(yù)測(cè)性編制出11-2#層21109巷掘進(jìn)地質(zhì)資料分析報(bào)告。
（2） 利用先進(jìn)的地測(cè)地理信息系統(tǒng)空間軟件（RGIS），用地面鉆孔和井下地質(zhì)孔資料以及煤巖層賦存產(chǎn)狀數(shù)值模擬分析繪制出11-2#層81109工作面與上覆11-1#層層間等值線預(yù)測(cè)圖和層間立體剖面圖，建立了一套科學(xué)的、可靠的、可視化的三維立體空間完整的預(yù)測(cè)模型體系，能夠準(zhǔn)確、客觀地用圖件反映81109工作面與上覆11-1#層采空區(qū)的立體空間關(guān)系，為巷道安全掘進(jìn)提供了技術(shù)支撐和保障。
（3） 在巷道掘進(jìn)期間利用錨索鉆，探測(cè)實(shí)際層間距，同時(shí)結(jié)合巷道上下層對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，對(duì)層間等值線重新修訂預(yù)測(cè)繪制，使其盡可能切合實(shí)際，指導(dǎo)生產(chǎn)。
（4） 在掘進(jìn)過程中利用錨索鉆每隔10m施工一探頂孔，及時(shí)掌握層間距及頂板巖性結(jié)構(gòu)，并做好記錄，以隨時(shí)改變及確定支護(hù)方式，有效維護(hù)頂板。
3.2 掘進(jìn)支護(hù)工藝
經(jīng)過調(diào)研和反復(fù)研究，按錨桿懸吊作用等理論計(jì)算確定21109巷采用以下支護(hù)方式：
11-1#層間距＞4.0m時(shí)，按常規(guī)方式，采用錨桿砼托板+錨索聯(lián)合支護(hù)：錨桿支護(hù)的間排距為0.9×1.0m，托板互相垂直布置，雙排錨索，錨索間距2m，排距3.0m。
層間距＜4m時(shí)的支護(hù)方式：
（1）層間距3.0m～4.0m時(shí)，采用錨桿砼托板+錨索聯(lián)合支護(hù)，錨桿排間距同上，錨索排間距2000×1600mm，錨桿采用加長(zhǎng)錨固（每孔φ23×60、φ23×30樹脂各一根）；
（2）層間距2.0～3.0m時(shí)，采用錨桿鋼帶、錨索鋼梁交替支護(hù)；錨桿鋼帶、錨索鋼梁各自間距均為1.6m，錨桿鋼帶與錨索鋼梁之間的間距為1.0m；錨索、邊錨桿均與頂板夾角45～55°、向兩側(cè)傾斜。
（3）層間距＜2.0m時(shí)，采用錨桿鋼帶、錨索鋼梁交替支護(hù)；錨桿鋼帶、錨索鋼梁各自間距均為1.2m，錨桿鋼帶與錨索鋼梁之間的間距為0.6m，錨索、邊錨桿與頂板夾角40～45°，向兩側(cè)傾斜；
（4）3.0m以下時(shí)，頂板鋪菱形網(wǎng)、每根錨桿使用兩根φ23×60樹脂；層間距2.0m以下時(shí)，鋼梁下支設(shè)兩根鋼梁腿。
（5）當(dāng)層間距小于1.8m時(shí)，適當(dāng)縮短錨桿長(zhǎng)度，保證孔底距11-1#煤層底板不小于0.2m。這樣才能能保證鋼帶及錨桿應(yīng)有的支護(hù)效果。錨索梁斜拉45～55°鋼絞線鎖具上加三角楔形墊，可以保證原有的錨固效果。
圖1 層間距4.0m以上正常支護(hù)斷面、平面示意圖
注：每根錨桿使用2360、2330樹脂各一根
圖2 層間距3.0～4.0m以上正常支護(hù)斷面、平面示意圖
|
|
注：頂板鋪菱形網(wǎng)，每根錨桿用2360、2330樹脂各一根
圖3 層間距小于2.0～3.0m時(shí)支護(hù)斷面、平面示意圖
|
|
注：頂板鋪菱形網(wǎng)，每根錨桿兩根2360樹脂，據(jù)需要必要時(shí)補(bǔ)支鋼腿
圖4 層間距小于2.0m時(shí)支護(hù)斷面、平面示意圖
表1 永久支護(hù)材料及規(guī)格表
|
層間距 m |
錨索 |
錨桿 |
||
|
角度 ° |
長(zhǎng)度 m |
角度 ° |
長(zhǎng)度 m |
|
|
d≥4.5 |
90° |
4.0 |
90° |
1.7 （注：根據(jù)錨固端情況，必要時(shí)，采用2.0～2.2m的加長(zhǎng)錨桿） |
|
4.0≤d＜4.5 |
4.0 |
|||
|
3.7≤d＜4.0 |
3.7 |
|||
|
3.5≤d＜3.7 |
3.5 |
|||
|
3.3≤d＜3.5 |
3.3 |
|||
|
3.0≤d＜3.3 |
3.0 |
|||
|
2.7≤d＜3.0 |
50～55° |
3.5 (孔底入幫＞1.2m) |
邊：50～55° 中：90° |
1.7 |
|
2.5≤d＜2.7 |
3.3 (孔底入幫＞1.1m) |
|||
|
2.2≤d＜2.5 |
45～50° |
3.0 (孔底入幫＞1.1m) |
邊：45～50° 中：90° |
|
|
2.0≤d＜2.2 |
2.7 (孔底入幫＞1.9m) |
|||
|
1.8≤d＜2.0 |
40～45° |
2.7 (孔底入幫＞1.0m) |
邊：40～45° 中：90° |
1.7 |
|
1.6≤d＜1.8 |
2.3 (孔底入幫＞0.8m) |
1.5 |
||
|
0.6≤d＜1.6 |
2.1 (孔底入幫＞0.6m) |
1.2～0.6 |
||
注:①、錨桿：φ16mm旋螺紋鋼（可根據(jù)層間距變化調(diào)整長(zhǎng)度）；錨索：φ15.24mm×4000mm的鋼絞線。樹脂凝固劑:MSK-2330、MSK-2360。錨索鋼托板：350×350×10mm的鋼板，中心孔徑φ19mm。
②、“W”型鋼帶：3150mm×150mm×3mm，四孔，孔間距850mm。
③、鋼梁棚：錨索梁為11#礦用工字鋼，長(zhǎng)有3.2m、3.6m、3.7m三種，孔距2600mm；鋼梁腿為11#礦用工字鋼，與鋼梁搭接的兩端處焊14#槽鋼且槽口端焊接鋼筋加固，腿凈長(zhǎng)滿足需要，腿腳焊接100×100×10mm的鋼板。
三角楔形鋼墊：長(zhǎng)×寬×厚＝80mm×40mm×3/50mm，中心孔徑φ19mm；
⑥、菱形金屬網(wǎng)：長(zhǎng)×寬=3700mm×1700mm。
4 實(shí)施效果
11-2#21109掘進(jìn)工作面550～1100m處與11-1#層間距為0.6～4.0m，若不改變支護(hù)方案將無法正常掘進(jìn)，面臨81109工作面提前圈切巷（550m處，原設(shè)計(jì)1221m），造成煤炭損失18.7萬噸。通過地質(zhì)預(yù)測(cè)的指導(dǎo)并制定相應(yīng)的支護(hù)方案，使81109工作面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了安全快速掘進(jìn)，在掘進(jìn)和回采期間中未出現(xiàn)頂板下沉和冒頂情況，且未造成煤炭損失，驗(yàn)證了該技術(shù)的應(yīng)用安全可靠，同時(shí)減少了施工過程中不必要的二次支護(hù)材料投入，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為安全生產(chǎn)提供了有力的保障，也為今后極近距離煤層開拓掘進(jìn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
5 結(jié)論
極近距離煤層掘進(jìn)支護(hù)工藝技術(shù)，解決了本礦在特殊地質(zhì)條件下頂板管理的難題，為其它極近距離煤層工作面的掘進(jìn)提供了積極的探索。此項(xiàng)技術(shù)可作為后續(xù)工作面和其它類似條件下，進(jìn)行頂板支護(hù)和安全快速掘進(jìn)的的成功范例，對(duì)以后極近距離煤層掘進(jìn)具有指導(dǎo)作用，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
［1］姜福興.礦山壓力與巖層控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.
［2］錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.
［3］劉云賀等.煤礦礦井支護(hù)與防冒頂綜合技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：煤礦科技出版社，2009 (2).
［4］ 劉文韜.煤礦礦井支護(hù)新技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算及支護(hù)產(chǎn)品選型、設(shè)計(jì)、維護(hù)實(shí)用手冊(cè) ［M］. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2007 (7).
作者簡(jiǎn)介：張懿（1964-），男，山西繁峙人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)任大同煤礦集團(tuán)公司云崗礦總工程師，長(zhǎng)期從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)工作。Tel：0352-7083144，E-mail：yzq808@126.com。
