急倾斜特厚煤层水平分层综放开采煤巷支护技术

作者:鞠文君;魏东;李前 刊名:煤炭科学技术 上传者:潘扣

【摘要】分析了急倾斜特厚煤层水平分层综放开采煤巷矿压的特点,介绍了高强度锚杆支护技术在华亭煤矿试验情况,对锚杆支护效果进行了矿压监测和技术分析,并对支护参数进行了修正。

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1概述甘肃省华亭矿区是我国特大型现代化煤炭生产基地,煤层赋存条件非常有特点,整个井田呈中心低、四周高、南部深而陡、北部浅而缓的“葫芦瓢”形分布,华亭煤矿、砚北煤矿正在开采其东翼的急倾斜部分,煤层倾角45,平均厚度5151m,属急倾斜特厚煤层。随着开采深度的增加和开采强度的增大,回采巷道维护越来越困难,经常发生片帮、冒顶、底鼓等现象,并多次发生动压冲击现象。曾采用木支架、工字钢支架、U型钢可缩支架等多种支护形式都未能有效维护巷道,巷道服务期间需不断加固,甚至不得不多次翻修,成本高,安全性差,严重影响了矿井安全生产和经济效益。为了解决这些问题,首先在华亭煤矿408,409综放工作面巷道进行了高强度锚杆支护试验研究,取得了良好的技术经济效果。2煤巷特征华亭煤矿急倾斜特厚煤层开采,采用水平分层综采放顶煤开采方法,工作面巷道分别沿煤层顶底板布置,如图1所示。每个采放区段高度为15m,工作面长度45~53m。与缓倾斜煤层相比,急倾斜特厚煤层水平分层综放开采煤巷矿压有如下特点。(1)工作面巷道为全煤巷道。从图1可以看图1急倾斜特厚煤层水平分层综放开采巷道布置出,工作面巷道完全置于煤体中。与岩石顶底板相比,煤层强度相对较低,并且松散、破碎,煤层与岩层分界易发生离层,巷道围岩的破坏范围较大。(2)采出空间大,应力集中程度高。煤层厚度大,采出煤量多,采空区充填程度低,上方岩层活动激烈,由此造成采空区边缘的应力集中,特别是回风巷受到更大的应力集中作用。(3)应力及变形的不对称性。对于急倾斜煤层开采,顶板岩层的移动和冒落并非沿垂直方向,而是偏向煤岩层法线方向一定的角度。煤岩体内的应力场也是不对称并且随采动影响不断变化的。由于围岩应力场与位移场相互作用关系复杂而特别,导致巷道变形的不对称性,回风巷主要表现为来自顶板方向的挤压变形和顶板侧煤帮的破坏,运输巷主要表现为底鼓。(4)多次受到采动影响。华亭煤矿工作面长度仅50m,走向长度也只有1200m,在如此小井田短工作面开采条件下,达到400多万吨年生产能力,不可避免地要形成多层同采同掘的局面,通常是3个综采工作面、4个综掘工作面分布在5~6个区段内同时作业,每条巷道一般要受3次回采影响和2次掘进影响,在这样小的层间距和开采区域内,多层重采掘影响相互叠加,更加重了矿压的显现的激烈程度。(5)基本顶活动不规则。基本板的不规则活动是急倾斜煤层开采的一个特点,也是导致冲击矿压显现的根本原因。急倾斜特厚煤层水平分层高强度放顶煤开采使顶底板岩层悬臂长度增大,储存的能量和垮断时释放的能量增加。坚硬基本顶的破断运动释放强大能量,是下方煤体内巷道发生动力冲击的主要原因。3巷道支护设计31设计方法巷道支护设计采用动态信息设计方法。该方法包括:试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测等内容。其中试验点调查包括围岩强度、围岩结构、地应力及锚固性能测试等内容,在此基础上进行地质力学评估和围岩分类,为初始设计提供可靠的参数。初始设计采用数值计算和经验法相结合的方法进行,根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。然后将初始设计实施于井下,并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测,根据监测结果验证或修正初始设计。32巷道条件煤层靠近底板部分结构简单,靠近顶板部复杂且较为破碎,含夹矸一般4~5层。煤层强度不大于13MPa,平均11MPa,靠近顶板及中部煤层强度相对较低,只有10MPa左右;煤层伪顶岩性为炭质泥岩及砂岩,赋存不稳定;直接顶为砂岩或粉砂岩,厚度126~195m,单轴抗压强度40MPa左右,易垮落;基本顶为粉砂

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