深部开采矿井煤巷支护安全管理

1、深部开采矿井煤巷支护安全管理与探索作者 中天合创能源有限责任公司 李阳概述笔者先后在内蒙古科左后旗金宝屯煤矿、吉林省九台市龙家堡煤矿和内蒙古乌审旗门克庆煤矿从事开拓掘进技术、安全管理工作，身临其境地感受深部开采矿井高地应力带来的煤巷支护难题，造成冒顶、巷道支护破坏、恶化作业环境和人身伤害等灾害，尝试采用目前流行的LEC定量法对深部开采矿井煤巷支护安全风险进行定量、定性评价，对比分析不同类型条件下深部开采矿井煤巷支护的安全风险，为确定安全的支护模式提供依据，保证科学地指导矿井安全建设与生产。. 矿井开采条件对比金宝屯矿井设计年产量120万吨/年，含煤地层为中生界侏罗系上统协尔苏组中部含煤段，煤赋

2、存深度在-640m-890m之间，煤层顶板为灰绿色泥岩厚4.0m9.56m，层理发育， 易冒落，抗压强度低，底板泥岩厚变化在13m20m之间，岩石抗压强度为22.09mpa，含煤地层上覆岩层以泥砂岩为主，胶结松散，抗压强度小。据勘探资料井田内有8条落差10m以上的断层，实际揭露大量落差小于10m的断层，构造应力明显。龙家堡矿井设计年产量300万吨/年，成煤期白垩纪营城组，煤层开采深度为877m1095m，煤层直接顶为黑色、灰色泥岩，厚10m20m，层理较发育，块状结构，夹薄层白色砂岩，性脆 1易冒落，平均单向抗压强度12.5Mpa，老顶为灰绿色凝灰岩、砾岩，凝灰岩致密块状，砾岩基底式凝灰质胶结

3、，坚硬，煤层底板为角砾岩，凝灰质胶结较硬。落差超过10m的断层密度平均0.6条/100m，同时伴有大量小断层和褶曲构造，矿区地应力测量成果分析，最大主应力方向与东北的主应力方向基本一致，近东西方向，以水平应力为主，构造应力非常明显。门克庆矿井设计年产量12Mt/年，含煤地层为侏罗系中统延安组，可采9层煤层，井田构造形态总体为单斜构造，地层倾角13°，勘探井田内未发现断层等构造，煤层顶底板主要岩性粉砂岩、砂质泥岩，平均抗压强度21.6Mpa，矿井首采区开拓系统布置在3#煤层中，3#煤层埋藏深度为674.18726.82m， 3-1煤层厚度1.576.35m，从实际揭露3-1煤层来看，可

4、分3个煤分层，上下分层光亮，硬度较大，中间分层灰暗，内生裂隙发育。2.选择煤巷支护形式金宝屯矿井综采工作面顺槽煤巷主要支护形式按选择先后顺序为三心拱36U型钢支架 36U 型钢单层圆棚锚喷支护三心拱36U型钢支架+36U 型钢双层圆棚二次支护。龙家堡矿井综采工作面顺槽煤巷主要支护形式为三心拱36U型钢支架 锚喷支护 锚网+三心拱36U型钢支架联合支护门克庆矿井开拓煤巷支护形式为锚杆+ 锚索+金属网+钢筋梯+喷浆复合支护。3.主要危害状况3.1收敛变形。金宝屯矿井三心拱36U钢支架支护，掘进40m60m后巷道底鼓严重，平均日底鼓9.6cm，月底鼓大约3.0m，支架腿钻入底板2.53.1m，同时支

5、架扭曲变形，两帮腿向中间移近量达到0.3m0.6m，最大1.1m，致使巷道宽度不足2.7m，影响通风、行人和运料。3.2顶板缓慢下沉，大面积冒落。金宝屯矿井N106开切眼全长195米，设计断面：宽7.0m×高4.0m，尝试锚索+锚杆+金属网支护，掘进至回风侧至65m和80m发生两次冒顶，冒顶空间长6m×宽5m×高m，从零米开始到65米位置，下沉为1.1m1.9m，平均1.5m，底鼓为最小1.3m，最大为2.6m，平均1.95m，而回风侧从排气开始到70m位置顶板下沉量为1.8 m 2.9m，平均2.35m，而底鼓为1.6m 3.0m，平均2.3m，几乎将开切眼顶底

6、板压合层，在刷帮拉起底过程中连续发生两次大冒顶事故，第一次冒顶长13.7 m×宽7.0 m×高15.6 m，紧接着第二次冒顶长14.4m×宽7.0 m×高13.4 m，两段总长：28.1m，宽20.0m,平均高14.5m，艰难地采取冒多高锚多高处理冒顶区域。龙家堡矿井锚网质量不易控制，多次发生锚喷巷道顶板缓慢下沉后局部冒落，面积大致16m2。3.3片帮冒顶。龙家堡矿井煤巷掘进过程，煤爆声不断，时常发生顶板冒落，甚至煤岩突出，一次煤岩突出长5.6m×宽4.3m×高3.2m，一次冒落岩体可达77m；金宝屯矿井煤巷掘进 3 34.危害产生原

7、因分析将前所述情况归纳成围岩分类、构造状况、危害描述及有效支护形式一览表。矿井名称 围岩分类类别 名称不稳定性岩层 构造状况 危害描述 有效支护形式 金宝屯煤矿 断层较发育龙家堡煤矿 稳定性较差岩层 断层、褶曲发育门克庆煤矿 稳定性较差岩层 断层不发育 巷道主要支护形锚喷巷道严重收敛变式36U型钢支架形，发生大面积冒顶 双层支护为主，锚喷为辅 锚喷巷道多次局部冒锚网+可伸缩性顶，曾发生煤岩突出，三心拱支架+喷冒顶伤人事故 浆联合支护 两帮，薄弱煤分层片锚杆+锚索+金属帮，造成组合拱“悬网+钢筋梯+喷浆空”，锚喷支护强度降联合支护 低通过上表分析可以看出，金宝屯煤矿属于典型“三软”不稳定岩层，在

8、高地应力作用下，煤岩塑性变形明显，架棚和锚喷支护都出现严重收敛变形，受断层构造影响，局部冒落难免。龙家堡矿井直接顶板岩石软，在高地应力和水平构造应力复合作用下，极易发生冒顶甚至煤岩突出灾害。门克庆矿井虽然围岩完整，构造不发育，但是也受到高地应力影响，造成薄弱煤分层易片帮。5.煤巷支护风险评价采用目前流行的LEC定量法对深部开采矿井煤巷支护安全风险进行定量评价，LEC评价法是美国安全专家格雷厄姆和金尼 4提出的，该方法以与系统风险率有关的三种因素指标值之积来评价系统人员伤亡风险的大小，从而确定作业条件的危险程度。其简化公式为：D=L×E×CL发生事故的可能性大小；E人体暴露在

9、这种风险环境中的频繁程度；C一旦发生事故会造成的损失后果。根据所述矿井危害状况，选取L、E、C分值，计算三矿井风险分值如下表：矿井名称金宝屯矿井龙家堡矿井门克庆矿井 风险分值D 锚喷支护6000 金属支架双层支护45 锚喷支护270 三心拱支架+锚喷支护45 锚喷支护42 风险程度 极其危险级 一般危险级 高度危险级 一般危险级 一般危险级从上表看，金宝屯矿井单纯采用锚喷支护有极其危险，会造成灾难性事故，在N109开切眼掘进支护过程顶板下沉严重情况下，及时调整施工方案采用小断面贯通，加强工人紧急避险班前教育，避免了大面积冒顶伤人事故发生，汲取经验教训，增大安全投入，从2005年起，该矿煤巷支护

10、采用三心拱支架快速掘进，及时翻给36U型钢全圆双层棚高强度支护，大大降低作业环境风险程度，再没有发生一起严重冒顶事故，保证煤矿正常生产。龙家堡矿井重视科研投入，及时与辽宁工程大学合作进行高地应力测控研究，模拟计算巷道锚喷参数，付诸现场实践，利用顶板离层仪和液压枕加强对锚喷巷道监控，根据现场施工锚喷巷道质量难以控制，锚喷支护高度危险，灵活采用锚网和三心拱支 5架联合支护方式，减低安全风险，增加经济效益。门克庆矿井3-1煤巷锚喷支护，虽然风险分值不高，但是两帮中间部位煤分层片帮严重，造成锚喷支护强度降低，影响巷道服务年限，存在潜在的安全风险，本着“安全第一、生命至上”的安全理念，及时停止掘进，分析原因，采取控制措施，落实质量是安全根本原则。6.结论不同区域深部开采矿井高地应力显现不同，对矿井生产安全产生不同程度的危害，造成煤巷软岩支护风险程度不同，通过不断地科学实践，摸索出一些的防范措施值得总结。1）深部开采矿井煤巷支护要结合矿井地质条件，认真科学研究，勇于实践，保证安全投入，都可找到解决办法。2）深部开采矿井大断面软岩