极近距离下位煤层工作面巷道布置及其支护方式.docx

极近距离下位煤层工作面巷道布置及其支护方式马全礼 1 , 李洪 1 , 白景志 2( 11山东科技大学 , 山东 泰安 271021; 21东山矿业有限责任公司 新驿煤矿 , 山东 兖州 272000 )摘要 : 结合新驿煤矿一采区的具体情况 , 分析了极近距离煤层采空区下部煤层工作面巷道的布置方法 , 利用矿山压力理论计算了下层煤工作面巷道与上煤层煤柱的错距 , 提出了薄岩柱巷道顶板支 护方案 。关键词 : 极近距离煤层 ; 工作面巷道布置 ; 错距 ; 支护方案中图分类号 : TD 353文献标志码 : B文章编号 : 0253 - 2336 ( 2006 ) 09 - 0037 - 03C lo se ran ge sub2coa l seam roa dwa y a rran gem en t an d its suppor t wa y sMA Q uan2li1 , L I Hong1 , BA I J ing2zh i2( 11S handong U n iversity of S cience and Technology, Ta ian 271021, Ch ina;21X iny i Coa lm ine of D ongshan M ine Industry Co1 L td. , Yanzhou 272000, Ch ina )层区段煤柱传递支承压力的影响 ; 同时由于 3上 1 、3上 2煤层间距较小 , 上部采空区与下部工作面巷道 间岩柱较薄 , 且岩性较弱 , 使得 3上 2煤层工作面的工作面巷道顶板支护较为困难 , 必须采取特别措施 加强支护 。1 采区地质概况山东东山矿业有限责任公司新驿煤矿 , 一采区 主采煤层为 3上 1 、 3上 2煤层 , 层间距 016 3155 m , 平均 210 m , 属极近距离煤层 , 层间岩性为泥岩 、 砂质泥岩 。 3上 1煤层厚度在 113 213 m , 平均 118 m , 工作面长 120 m 左右 , 采用留煤柱护巷 , 煤柱 宽度 16 m。 3上 1 煤 层 大 部 分 已 回 采 , 现 准 备 开 采3上 2煤层 。 3上 2 煤 层 稳 定 , 揭 露 煤 层 厚 度 为 212 215 m , 平均厚度 2135 m , 底部含有一层夹矸 , 夹 矸厚度为 012 013 m , 顶板岩性不稳定 , 大部为 泥岩 , 局部为细砂岩 。由于两煤层间距太小 , 必须 对 3上 2煤层工作面布置 、工作面巷道布置和支护方式进行研究确定 。3 煤层工作面巷道位置的确定3上 2根据矿山压力传递规律 , 上煤层区段煤柱所形成的支承压力在煤层底板岩层内将有一定的传递范 围 , 而且随远离煤层而逐渐衰减 , 传递范围大小按 均匀载荷作用下半平面体的应力计算可得支承压力 等压线分布图 , 如图 1所示 。3上 2煤层工作面布置根据一采区煤层赋存情况及已有生产系统 , 经 研究论证 3上 2煤层工作面采用与 3上 1 煤层工作面同 方向布置 , 并且把工作面巷道布置在 3上 1煤层工作2面采空区下方 。该种布置方式的主要优点是 :3上 2r煤柱尺寸 ; p煤柱支承压力图 1 支承压力等值线分布煤层各工作面的区段工作面巷道能够避免受 3上 1煤层区段煤柱形成的高集中应力的影响 , 易于维护 ,并且能够最大限度地利用 3上 1煤层已有的部分生产 系统 , 节省准备工程量 , 缩短准备时间 。但是必须 将 3上 2煤层工作面巷道与 3上 1工作面区段煤柱错开 一定的距离 , 以避免 3上 2煤层工作面巷道受 3上 1煤从图 1中可以看出传递应力的大小随远离煤柱而减小 。因此 , 3 煤层工作面巷道必须布置在支上 2承压力影响线之外 , 才能避开 3 煤层煤柱压力的上 1影响 , 如图 2 所示 。37煤 炭 科 学 技 术第 34卷第 9期2006年 9月m ax2= nM / h = 25 M Pa经计算工作面巷道顶板中部所受的最大拉应力为 25 M Pa, 而其实际抗拉强度仅有 15 M Pa 左右 ,3上 2煤层顶板的抗拉强度远小于所受拉应力 , 所以 断裂的可能性很大 。由以上两种计算可以看出 , 工作面巷道顶板自 承能力较小 , 破坏的可能性较大 。4 12 工作面巷道支护形式及支护参数确定4 1211 工作面巷道支护形式 由于工作面巷道顶板的自承能力很小 , 经研究分析 , 结合其他矿的一些成功经验 , 一采区 3上 2煤 层工作面巷道采用 具有 主 动承 载能 力 的 “锚杆 -金属网 ”支护形式作为一次支护 , 金属梯 形工 字钢棚作为二次支护的联合支护形式 。“锚杆 - 金属 网 ”支护形式能与围岩共同形成支护体 系 , 提 高岩层的内聚力和内摩擦角 , 增强顶板岩层的组合拱 作用 , 锚杆 与金 属网 共 同作 用 , 提 高顶 板 的完 整 性 ; 考虑到上下煤层间岩柱较薄 (最薄处 016 m ) ,挠曲和离层能力较强 , 若再受到一定的采动影响 ,极易破坏而产生漏冒顶现象 , 为防止顶板产生较大 的挠曲和离层 , 采用金属梯形工字钢棚作为二次支护 , 形成顶部围岩破坏后的被动支护体系 。4 1212 工作面巷道支护参数 ( 1 ) 锚杆支护参数 。 锚杆长度 :图 2 3上 2煤层工作面巷道错距示意3上 2煤层工作面巷道内错距离 Ln为Ln ( h1 + h2 ) tan ( 1 )式中L n 3上 1煤层区段煤柱边界与 3上 2煤层工作面巷道的水平间距 , m; 2144 m , 为安全起见 ,面巷道内错距 Ln 取大于 3 m。4工作面巷道支护方案确定下工作支护结构与型式控制围岩的原则就是合理布置巷道 , 充分利用围岩的自承能力 , 合理地选择和设 计力学性能较好的结构 , 保证巷道有足够的有效断 面 , 同时又不影响安全与生产 。4 11 工作面巷道顶板的稳定性分析( 1 ) 当工 作 面 巷 道 顶 板 两 端 看 作 固 定 梁 时 ,其安全跨距 L s 为L = l1 + D + l2L = l1 + Z + l3( 4 )( 5 )1 + fB - 1( 6 )l3 =+1 + 2 fB + 1式中L 顶锚杆和帮锚杆长度 , m;L ,2 L s = h( 2 )l 锚杆外露长度 , 取 011 m;q1式中 岩石许用应力 , =t / n, t 为岩石抗拉强度极限 , n 为安全系数 ; h 直接顶岩层厚度 ; q岩体单位长度的重量及其载荷 。l2 顶 锚 杆 伸 入 松 动 圈 外 长 度 , 取0125 m;D 顶板松动范围 , 取 115 m;Z 帮锚杆伸出非有效承载区 的最 小 锚固深度 , 取 016 m;B 巷道掘进宽度 , 取 4 m;l3 两帮有效承载区深度 , m;f煤层普氏系数 , 取 2。经计算得 , L = 1185 m , L = 119 m。实际上 , 该巷道顶板岩层已经受到过 3上 1煤层采动影响 , 其 上部又是已冒落松散的采空区矸石 , 厚度薄而不均 ( 016 3155 m ) , 因此在施工中 , 根据不同厚度的经 计 算 3上 2 煤 层 工作 面巷 道 的 安 全 跨 度 仅 为1127 m , 3上 2 煤 层 工 作 面 巷 道 设 计 宽 度 为 316 m ,随着时间的推移 , 顶板肯定会逐渐破坏而冒顶 。( 2 ) 梁在中部的弯矩最大 , 即M = ( 1 / 12 ) qL2( 3 )m式中 , Lm 为巷道宽度 。工作面巷道中部顶板单位长度所受的最大拉应 力为38煤 炭 科 学 技 术第 34卷第 9期2006年 9月岩柱 , 选用 了不 同长 度 的锚 杆 。当 岩柱 厚 度大 于210 m 时锚杆长度取 119 m , 小于 210 m 时取较岩 柱厚度小于 20 cm 长 。锚杆直径 d: 顶锚杆和帮锚杆分别选用 级建筑螺纹钢 , 锚杆直径设计依据式 ( 7 ) :不小于 3 m。( 2 ) 3上 2工作面巷道支护采用锚网和工字钢棚 联合支护 , 锚杆间排距为 800 mm 800 mm , 工字 钢棚间距 600 mm。( 3 ) 工作面 巷道 及 切眼 施工 时 , 在 顶 板破 碎 漏顶处二次支护及时跟上 , 并采用管棚超前支护 。 ( 4 ) 从已施工巷道的矿压及矿压显现观测资料看 , 所设计的工作面巷道布置方式 、内错距离和 支护方案是可行的 , 巷道顶底板移近量和两帮收敛量均在预计范围内 。1p( 7 )d =F /y4式中 ,为 70 ,F 为单根锚杆设计锚固力 , 顶 、帮锚杆分别50 kN; py为锚杆材料的屈服强度 , M Pa。经计算 , 顶锚杆直径为 16 mm , 帮锚杆的直径为 1718 mm , 实际取顶锚杆和帮锚杆直径均为 18 mm。锚杆间排距 : 锚杆支护密度为参考文献 : 1 宋振骐 1实用矿山压力控制 M . 徐州 : 中国矿业大学出版社 , 1988.徐永圻 1 煤矿开采学 M . 徐州 : 中国矿业大学出版社 ,19991Ps = kD r / F P s = kQ / F( 8 )( 9 ) 2 90 - cQ = kd c c h sin +bco stan22作者简介 : 马全礼 ( 1963 - ) , 山东乐陵人 , 副教授 , 主要从事采矿工程专业教学与科研工作 。 Te l: 0538 - 8415512 , E - m ail:mm qq l 1631com( 10 )( 11 ) ( 12 )c = h tan ( 45 - c / 2 )b = ( a + b) / ( ky fz ) co sPs , P s 顶 、帮锚杆支护密度 ,k 安全系数 ;2式中根 /m ;收稿日期 : 2006 - 04 - 12; 责任编辑 : 曾康生, c 顶岩和煤的容重 , kN /m ;3矿工井下避灾系列问答事故现场矿工避灾的基本原则是什么 ?事故初起 , 在事故地点及附近的工作人员应注意做好 以下几点工作 :( 1 ) 及 时 汇 报 。迅 速 向 事 故 可 能 波 及 的 区 域 发 出 警 报 , 争取地面救护工作人员尽快救援 , 使其它区域的工作 人员尽快撤离 。( 2 ) 积极稳妥地开展自救互救 , 安全地消除和控制事 故 。灾害发生后 , 灾区的 工作人员应沉着 、冷静 , 分析判 断灾情的发展 , 在保证自身安全的前提下 , 采取积极有效 的措施和方法 , 进行现场的抢救 , 尽最大可能将事故控制 在初期的最小灾害范围内 , 最大限度地减少财产损失和人 员伤亡 。( 3 ) 安全撤离 。当现场不具备抢救的条件或可能危及 现场人员生命安全时 , 应想办法迅速安全的撤离灾区 , 撤 离时要统一行动 , 听指挥 , 不盲目乱跑 。( 4 ) 妥善避难 、自救互救 。当灾害严重危及人员生命 安全 , 而安全通道又被切断的情况下 , 遇险人员要妥善进 行互救自救 , 首先寻找避难场所和有利生存的空间 , 并努 力维护和改善生存的环境条件 。树立坚强的信心 , 等待救 护人员救援 , 切忌盲动 。(待续 )39Q 考虑采动影响煤帮侧压 , M Pa;kd 采动影响系数 ;c巷道一侧松动宽度 , m;c , 煤体内摩擦角和煤层倾角 ;b潜在平衡拱高度 , m;a 巷道顶板有效跨距之半 ,fz 直接顶综合普氏系数 ;D r 顶板压力 , M P