B060202 浅析近距离煤层开采巷道集中压力显现规律.doc

浅析近距离煤层开采巷道集中压力显现规律 杨宝智 马 云【大同煤矿（集团）公司马脊梁矿，山西 大同市 037027】摘 要 以马脊梁矿井下近距离煤层开采的实例为依据，从巷道布置方式、支护方式、地质构造等方面论述了近距离煤层开采巷道集中压力的显现规律以及在开采实践中采取的相应措施。关键词 近距离煤层 集中压力 显现规律随着煤炭开采强度的不断加大，近距离煤层开采技术已经成为摆在煤矿生产企业管理者面前的一个重要议题，近距离煤层开采矿山集中压力的显现更是直接影响煤炭开采过程中顶板管理的重要因素。因此研究分析近距离煤层开采的集中压力显现规律将为安全、高效、合理地开采煤炭资源提供可靠的技术依据。1 盘区开采概况大同煤矿（集团）公司马脊梁矿303盘区11#煤层于2000年3月开采结束。按照矿井正常生产接替必须开采303盘区下部的14-2#煤层。该盘区东西宽1100m、南北长1290m，北西为马燕矿界煤柱，南西305盘区实煤区，南东为本盘区大巷煤柱，北东为301盘区实煤区。 11#煤层和14-2#煤层层间距较稳定，一般在13.721.6m之间，平均为17.48m，属近距离煤层。该盘区14-2#煤层回采巷道于2000年6月开掘，2004年9月掘进结束，历时51个月。1.1 地质概况14-2#煤层在本盘区赋存稳定，煤厚2.044.80m，平均3.23m，煤层倾角13，平均2，属近水平煤层。煤的类型属半光亮型，煤种属弱粘结煤。煤层的伪顶厚0.32m，黑色炭泥岩及黑色泥岩，薄层状；直接顶厚1.04.29m，平均3.25m，砂泥岩互层，灰白色，节理发育细层状，易塌落；老顶厚1.234.29m，平均3.3m，灰白色粗砂岩，主要成份为石英。14-2#煤层顶板中赋存有12#煤层（0.61.5m），与14-2#煤层的层间距不稳定（06.55m），在盘区的北西部三分之一的区域变为合并层。本盘区内有2条落差为0.351.56m60的正断层和1条2.43.6m81的火成岩墙穿过。1.2 巷道布置14-2#煤层303盘区南西高北东低是煤层的倾向，回采工作面沿倾向布置面长141150m，顺槽沿走向布置可采长1290m。全盘区共布置6个长壁工作面，与上部的11#煤层相对应。14-2#煤层303盘区巷道布置见图1。（1盘区大巷；22301巷；32303巷；42311巷；5、6、7来压显现区）图1 14-2#煤层303盘区巷道布置图1.3 巷道支护设计工作面采用两巷布置即机轨合一顺槽（进风）和轨道顺槽（回风）。机巷高度为2.55m、宽度为4.1m，轨巷高度为2.8m、宽度为3.6m。两巷均沿煤层底板掘进，支护形式为锚杆、锚索联合支护（支护参数依据工程类比法设计）。锚杆直径16mm、长1600 mm，锚固剂为MSK2330型，锚固力50kN，托板为钢筋混凝土托板或球墨铸铁托板，使用双螺母紧固。锚索所采用的钢绞线直径为15.5mm、长度为4.06.0m，锚固剂为MSK2330型，初锚力为70kN，托板为钢托板，规格为25025010（mm）。2 矿山压力显现2.1 14-2#层2301巷矿山压力显现14-2#层2301巷是303盘区首采工作面的机巷，也是该盘区最下边的一条边巷，与上部的11#层首面顺槽巷道上下正对应。该巷于2000年6月开口， 11月10日当掘至距巷口720m时，距迎头50m处巷道顶板来压显现，向里传递至工作面，向外传递至610m处，对巷道原有支护造成了一定的破坏。从顶板离层监测仪的数据显示，巷道破坏情况如下： 610620m段为巷道左侧顶板断裂下沉区，靠左侧一排锚杆钢筋混凝土托板普遍断裂变形。 620635m段为顶板下沉区，该区有10块钢筋混凝土托板断裂变形，有5套锚索锚具下滑100150mm，有一套锚索锚具被压下来。 635710m段为巷道右手侧顶板断裂下沉区，靠右手侧的一排锚杆，有18块钢筋混凝土托板断裂变形，有一套锚索锚具被压下来。12月13日早班掘至900m时，从870m往里巷道顶板第二次来压，大部分钢筋混凝土托板受压变形，有8套锚索锚具下滑100150mm。2001年1月25日早班14-2#层2301巷掘到位后，在巷道560610m段顶板第三次来压，35m长巷道左侧顶板断裂下沉，15m长右侧顶板断裂下沉，顶板塌落宽度300800mm，顶板下沉50250mm，有13根锚杆的托板被压下来，其中有一根锚杆被拉断，有6套锚索锚具下滑515cm，有一套锚索锚具滑落下来。2.2 14-2#层2311巷矿山压力显现14-2#层2311巷是303盘区最后一个工作面的机巷，也是该盘区最上边的一条边巷，与上部的11#层工作面的顺槽巷道内错4.5m。该巷于2004年2月开口，4月6日当掘至距巷口260m时，工作面迎头巷道顶板来压显现，顶板出现零皮塌落现象，巷帮片帮严重。因此掘进期间就采取了加强支护的措施，即把每3m一套锚索修改成每3m二套锚索，局部还采取了锚索挂工字钢梁（即一梁两锚）的措施。5月18日中班掘至距巷口640m时，距工作面迎头30m处巷道顶板来压显现，顶板有21m长的区段出现零皮塌落现象，巷帮片帮严重。因此同样采取了上述的加强支护的措施。7月28日当该巷道掘进到位准备撤设备时巷道360420m区段顶板有来压预兆。具体表现为：顶板内有剧烈的炸雷响声；顶板断裂下沉现象加剧；已有的锚杆出现螺纹刷扣或螺杆拉断现象，约有十多块球墨铸铁托板掉下；360m处的工字钢梁被压弯曲变形。7月29日上午正在准备对此处采取补设锚索挂钢梁加强支护时顶板响动加剧并伴有顶板压断声音和掉渣现象，11：30时380420m区段顶板突然冒落下来，冒落高度约3.54.6m，冒落后部分锚索悬吊在空中，有的已经随顶板掉下。冒落后巷道断面如图2所示。图2 冒落后巷道断面示意图2.3 14-2#层其他巷道矿山压力显现由于14-2#层2301巷采用了垂直重叠布置，掘进时多次出现顶板来压现象。因此以后的工作面顺槽全部采用了内错布置，大大减少了顶板的集中来压现象。14-2#层5303、2303、5305等巷道在掘进过程中除了局部有较轻微的顶板来压现象外没有出现大面积压力显现情况。3 压力显现原因分析3.1 从巷道布置方面分析从整个303盘区所有巷道掘进情况来看，盘区边界的两条巷道集中压力显现最为明显，其余巷道虽有来压显现但是来压强度很弱，对正常掘进没有造成威胁。这充分说明在近距离煤层上部煤层采空区的盘区煤柱对下部煤层开采有很大的影响，今后在进行盘区巷道布置设计时应该充分考虑这一因素。5301巷采用了与上部垂直重叠布置而其余巷道均为内错布置，错距4.54.9m。掘进期间5301巷集中来压明显比5303、2303、5305等巷道大。由此可见，近距离煤层开采时工作面顺槽煤柱对下部巷道的压力显现也有很大的影响，采取内错布置可以有效地防止矿山集中来压，与矿山压力理论吻合。2301巷掘进期间的多次来压显现造成顶板断裂下沉，但未造成大面积冒顶事故。究其原因是上部煤层虽已采空，但本层尚未开采，煤柱集中压力的强度尚较小；而2311巷来压显现时造成连续40多m巷道冒落，冒落高度达到宽度的1.01.2倍。其主要原因是当时本层8309工作面也已经采到距停采线420m的位置。8309工作面采空后顶板塌落向上延伸到11#层的采空区，致使11#层原已塌落后稳定的采空区再次失去平衡，顶板应力二次重新分布。7月29日2311巷顶板冒落之际就是303整个盘区11#层老顶二次塌落来压之时，所以来压的范围、强度都很大。3.2 从地质构造方面分析从2301、2311巷来压显现区的位置来看，每次来压区域附近均有断层构造，局部冒顶处顶板的岩层均为砂泥岩（坚固性系数f值为4.56.5）互层，节理发育，呈薄层状赋存，直接顶内有煤层赋存；顶板岩体整体性差，软弱面多，自身抗压强度明显降低，因此在11#层和14-2#层两层顶板叠加压力的共同作用下就会出现大面积顶板冒落事故。由此可见，地质构造对近距离煤层集中压力显现起着不容忽视的作用。3.3 从巷道支护方面分析2301巷为锚杆与锚索联合支护，锚杆使用的是钢筋混凝土托板，锚索使用的是钢托板。由于前者的强度较小，因此来压显现时表现的特征是托板断裂，锚杆支护强度降低，使得顶板组合梁的整体强度降低从而失去支护能力，顶板随之下沉。因此，集中压力来压时的显现情况直接取决于巷道支护强度的大小。2311巷为锚杆与锚索联合支护，锚杆使用的是球墨铸铁托板，锚索使用的是钢托板，锚索锚深4.0m。从冒落后巷道的顶板情况可以看出，原设计中锚索的锚固端正好处于煤层中，而且是处于冒落带范围内，因此来压时由于个别锚索支护强度降低甚至失去作用进而使得其他起作用的锚索也承受不住强大的集中压力的作用而导致顶板垮落。这又一次证实了支护强度对于集中压力的显现与控制起着决定性作用。4 结束语通过马脊梁矿303盘区开采时集中压力显现规律的分析后，我认为近距离煤层开采应该注意以下几点： 开采下部煤层时巷道布置必须考虑与上部煤层开采情况对应设计，并且避开煤柱集中压力影响区域，采用内错布置，错距应视层间距、煤层倾角、层间岩性、构造以及岩体压力传递角等因素而定。 在巷道支护设计时应根据顶板岩性、层理发育程度等情况确定具体的支护参数，如锚索锚深、支护的强度和密度等。 掘进过程中若有地质构造或者出现矿山集中压力显现的预兆时，必须对原支护形式进行修改并加强支护。同时还应注意在有矿压显现预兆时及时将人员撤离该区域，等待一定时间矿压显现过后人员再进入该区段作业，