关于联合开采一3.doc

关于联合开采一3、二1 煤主要巷道的支护和层位选择2007年6月22日一、矿井所采煤层磴槽煤矿现开采太原组的一3煤层和山西组的二1煤层，其中：一3煤层作为解放层开采，二1煤层为被解放层开采。二1煤层底板至一3煤层顶板法线距离约50m。二、两煤层间岩性两层煤之间主要岩石为细砂岩、石灰岩、泥岩以及煤层，其中砂岩占37%，石灰岩占31%，泥岩占26%，煤占3%，其它岩层占3%。在石灰岩石中，7层灰岩厚度平均7.5m，其顶板距二1煤层底板约13m。距一3煤层顶板距离约29.5m。三、主要巷道现状1、主要巷道所处岩层层位现生产水平为0m水平，该水平设立主要运输大巷（既十平巷）、井下变电所、泵房以及提煤、排矸储装运系统等。0m水平以上主要巷道因资源基本开采完毕而服务年限较少不再叙述。0m水平以下有正在延深的两翼采区下山、中部车场以及十一平巷、十二平巷（兼作瓦斯抽放巷）等。上述巷道均位于7层灰岩中。2、主要巷道现状目前，十平巷两翼走向2000余米已施工完成，同时壁后注浆大部分完成。 东西两翼轨道下山、运输下山分别施工300余米和近200 米，东翼采区-52m水平抽放巷（十一平巷）已施工140余米，-125m水平（十二平巷）甩车场也已开始施工。西翼采区-75m水平抽放巷正在施工。 纵观已施工巷道，一部分巷道维持原有断面，而另一部分巷道则断面变形、支护材料破坏、危矸悬挂、断面缩小，底鼓严重等。究其原因，完全可以认定是动压所致。四、动压破坏上部巷道的机理1、巷道掘进和锚网喷支护（1）、松动圈的产生众所周知，围岩在自然状态下，围岩之间的作用力与反作用力相互抵消，围岩处于稳定状态。当巷道掘进时，必然要形成自由面（也称为弱面），此时，围岩间的相互作用力就不能抵消，其作用力总是大于反作用力，围岩就会产生位移甚至于脱落，处于非稳定状态。在掘进过程中，打眼放炮必不可少，特别是放炮时，火药在起爆时，舜间能量释放更是使围岩的相互作用力遭到破坏，距起爆点较近的岩石被破坏、抛出，较远的岩石则产生位移并形成裂隙。但围岩应力很快重新分布并达到相对平衡，又一次使围岩趋于相对稳定状态并形成拱状断面，此时，起爆点周围就产生了松动圈。（2）、松动圈的大小，松动圈的大小（也称为松动半径）主要取决于围岩性质、抗压抗拉强度、炮眼参数（角度、密度、长度以及封孔质量）、炸药质量以及装药量的多少等。一般的岩石巷道，其松动圈半径正常情况下在0.53.5m之间（从巷道毛断面壁算起）。（3）、松动圈的特征 松动圈的特征是：在巷道周围形成并类似于巷道断面的一个不规则网状形态，围岩网状形态内有裂隙。其方向不一，有的呈放射状、有的沿倾斜方向，多数为倾斜方向。详见图一图一松动圈裂隙（4）、锚网喷支护 锚：既锚杆，其主要作用是连结缝合岩石，就像纳鞋底一样，将围岩缝合起来，再由锚固剂锚固锚杆与围岩后，使锚杆围岩组合成拱并共同承载围岩内向外释放的压力，以稳定、加固松动的岩石。网：既金属网，其主要作用是增大锚杆托板面积，使喷层与巷壁牢固地结合，从而达到喷层与围岩之间不易离层、脱落，增强了喷层的支护强度。喷：既喷射混凝土，其主要作用是及时封闭围岩，阻止裸露岩石风、氧化，提高围岩强度，同时防止因水和风化作用造成围岩的破坏与剥落。巷道锚网喷见图二锚杆砼网喷层层层裂隙图二2、巷道壁后注浆巷道掘进后，锚网喷支护是对松动圈的一种加固形式，虽然喷射了混凝土，但仅仅是表面，而松动圈内的裂隙未能得到充填，有裂隙的岩石仍旧存在着滑动的可能，虽然加固了，但加固不彻底。要彻底加固松动圈，充填松动圈内的裂隙，实施壁后注浆是一种较好的办法，壁后注浆充填圈内裂隙，使松动圈形成一个整体，如同巷道的外壳，用来传导或抵抗围岩应力，达到巷道围岩的稳定。壁后注浆充填见图三3、动压破坏上部巷道机理一般情况下，巷道在掘进成巷后，围岩应力重新分布完成且趋于稳定，加上壁后注浆充填松动圈裂隙，使其成为一个整体，巷道支护的目的达到。但是，如果巷道下部有新的采掘活动，且在其采掘活动影响范围内时（含波及到）时，该巷道已经趋于平衡状态的应力又要重新分布，重新分布的应力达不到平衡时，巷道被破坏。锚杆锚网喷层注浆充填松动区 图 三五、现有巷道状况目前，0m及0m以下巷道（含下山）已施工近3000m，除十平巷是壁后注浆巷道外，其它巷道未经过壁后注浆。通过观察可以看出，在同等条件下，有的巷道变形量很小甚至于不变形，而有的巷道变形量大且发生了底鼓，其中变形量较大的巷道是西翼采区下山口西侧的4050m和西翼采区下山。1、西翼十平巷变形量较大段现状十平巷施工断面净宽4000mm，净高3600mm，巷道约2000mm高处安装有托管梁。6月21日进行了实地丈量，从巷道变形处由西向东至西翼采区下山口处，计丈量了三个点，巷宽平均3870mm，巷高未量，底鼓量由0370mm。托管梁弯曲度最大值443mm。详图见图四8001300托管梁443未量下帮上帮370 3870 图 四根据上述情况，为什么同样一条巷道在同等条件下，有的变形甚至于破坏，有的则不变形或变形很小伙，变形段相对应的就是其下部一3煤的开采，未变形段就是其下一3煤未开采。不用分析也可得出结论，就是受一3煤的采动影响。2、十平巷破坏段受力分析从巷道的变形量来看，巷道上帮围岩出现位移，上帮2/3拱变形量较大，喷层破裂甚至于脱落，下部底鼓严重。而下帮的底部、墙及1/3拱变形量就很小。上帮的2/3拱与下帮的1/3拱处在纵向上出现了金属网折曲、错动，喷层脱落。从巷道变形所表现的形式是否可以得出这样一个结论，巷道上帮的侧压力远远大于下帮的侧压力，其原因是岩石倾角（260280）较大是因素之一。由于上帮岩石向下滑移挤压巷道底板，导致底板出现底鼓。一3煤的六平巷，其下帮压力不显或压力显现很小，而上帮出现岩石向下滑移并把棚腿蹬弯的现象，这一佐证足以说明上帮压力大于下帮压力。3、西翼采区下山直观上看，两条下山（上部）也出现了不同程度的变形破坏，但此种变形破坏不同于十平巷。巷道变形破坏情况见图五 正压力 合 力挤压破坏区 侧压力 图 五从巷道的变形及破坏现状来看，巷道的变形及破坏范围主要集中在巷道的腰线以上及拱顶部，具体表现为喷层破坏脱落，金属网裸露变形。两帮虽有变化但不明显。以煤层走向剖面剖析巷道受力状况。详见图六从图六可分析出，倾向斜巷的侧压力较小，而拱顶的正压力较大。由于下山是沿倾斜方向掘进，两帮围岩向自由面方向产生位移的量很小，两条下山的两帮变形及破坏程度要比壁后了注浆的十平巷要小的多。而腰线以上至拱顶则受采动影响较大，其原因是巷道的正压力与侧压力的合力共同作用在腰线以上至拱中间的两侧上，使腰线至拱顶两侧的围岩变形、位移，导致拱的顶部挤压破坏。弯曲下沉带带 围岩 围岩裂缝带 帽落带 工作面 采空区 采区下山 图 六通过上述对水平和倾斜巷道的剖析，同等条件同样受采动影响，巷道受力方向、大小各不相同，巷道变形以及破坏程度与是否采用壁后注浆关联不大。据资料介绍，煤层开采时必然对上部岩层产生三带（垮落带、裂缝带和弯曲下沉带），此三带均为影响范围，只不过影响的程度不同而一。根据上述巷道变形破坏的情况分析，巷道所处位置均处于裂缝带中。通过对平巷和下山的剖析，是否可以得出这样的结论，无论是平巷还是下山，在一3煤采动前所采用的锚网喷以及后来的壁后注浆，其支护强度不可能抵御因采动带来的破坏力，因此也就不能达预期的效果。估计，目前上述巷道的变形和破坏因一3煤的近期采动才刚刚开始，巷道的破坏程度还没有达到最大值，其原因是一3煤的采动应力分布还没有平衡，围岩还处在非稳定状态。六、巷道变形破坏带来的负面影响除了巷道维修量大、维护费用高外，对瓦斯的抽放带来了诸多不便，甚至于影响二1煤的瓦斯抽放，由于巷道处于裂缝带，一些裂隙在抽放瓦斯时成了导风渠道，致使瓦斯抽放困难甚至于抽不出来。七、建议综上所述，巷道的锚网喷支护再加上后来的壁后注浆，只要处在采动影响的前二带中（处在弯曲下沉带中可能好一些），其巷道的支护强度很难抵御因一3煤采动带来的破坏强度。因此建议：1、现有巷道，在一3煤未开采前，确定壁后注浆的巷道暂停注浆，待一3煤开采一定时间（围岩稳定）后实施壁后注浆。2、今后新掘进的巷道，在一3煤未开采前，需要壁后注浆的平巷可以采取全断面锚网临时支护，待一3煤开采一定时间（围岩稳定）后实施喷浆和壁后注浆。3、新掘下山巷道，在一3煤未开采前，需要壁后注浆可以采取拱顶锚网临时支护，待一3煤开采一定时间（围岩稳定）后再实施喷浆和壁后注浆。4、现有的瓦斯抽放孔，因围岩裂缝或裂隙成为导气通道，能否利用原抽放不理想的孔作为注浆孔重新注浆。或者在钻场新打注浆孔重新注浆。八、联合开采两层煤的巷道层位选择1、一巷多用根据规程和“防治煤与瓦斯突出细则”规定，针对本矿实际情况，为保证矿井安全生产，开采二1煤层前必须先开采解放层一3煤。为了能在最佳时间段，有效地对二1煤的瓦斯进行实施抽放，在一3煤层推面前，其瓦斯抽放巷以及抽放孔就应施工完成。另外，考虑到尽可能地减少岩巷工程量以及巷道的维修费用，瓦斯抽放巷与煤炭运输巷可以合而为一。2、主要巷道选择单一岩层的局限性和存在的弊端一3煤和二1煤之间的7层灰岩厚度平均7.5m，其顶板距二1煤层底板约13m，距一3煤层顶板距离约29.5m。7层灰岩的相对位置也较适中，考虑到便于维护和维修费用低，现在的十平巷、十一平巷和采区下山均布置在该层岩石内。如果为了减少维护量以及维修费用，机械地把主要巷道布置同一岩层中，从而限制了一些必要的生产设施，如井底车场、煤仓等。影响矿井生产这一弊端是不争的事实。井下的开拓布局首先考虑的是长期运转的生产、运输、提升等系统，其次才是考虑巷道的层位、支（维）护等问题，也就是说，正常的安全生产是长期的、连续的，巷道的掘进、支（维）护是暂时的或者是阶段性的。否则，矿井的安全生产难以保证。以十平巷为例，部分巷道为避开断层需要拐弯和经过破碎围岩带，经现场观察，与位于7灰的巷道相比较，差别不大（均未受采动影响），依然是变形很小或未变形，只不过在掘进过程中困难一些罢了。这说明，根据现有的支护手段，巷道位于其它围岩中同样可以达到预期目的。3、巷道层位多样性从一3煤和二1煤之间的岩性来看，较为坚硬的砂岩和石灰岩占68%，较软的泥岩占26%，其它占6%。这说明坚硬或较为坚硬的岩石占2/3。也就是说，除考虑到巷道在掘进过程中防止二1煤瓦斯突出需留出安全距离外，巷道所选层位大部分位于坚硬岩中，少部分巷道处于软岩中。根据先开采一3煤后开采二1煤的顺序原则，无论是坚硬岩层还是软岩层，巷道都面临着采动影响问题，鉴于目前还没有更好的支护手段，面对因采动影响所受到的破坏，两种岩层中巷道的命运是等同的，都面临着同一问题维修。但是，巷道不局限