厚煤层大断面切眼过风氧化带关键技术研究-山西煤炭建设网.DOC

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厚煤层大断面切眼过风氧化带关键技术研究-山西煤炭建设网

文章编号: 厚煤层大断面切眼过风氧化带关键技术研究 彭可平1,符希禄1,刘江伟1 (1. 中煤平朔集团有限公司 井工三矿,山西 朔州 036006) 摘要:为了研究厚煤层大断面切眼过风氧化带关键技术,对平朔井工三矿39104开切眼进行了现场研究,实施了先导硐后刷扩的分步掘进工艺,提出了预注浆后替棚的组合支护技术,成功贯通了风氧化带影响下的切眼工作,探索出了分步掘进工艺与组合支护技术相结合的厚煤层大断面切眼国风氧化带关键技术,对今后类似条件下巷道的施工具有重要的参考价值。 关键词:厚煤层;大断面;切眼;风氧化带 中图分类号:TD32 文献标识码: 1 概述 风氧化作用会造成煤岩层裂隙发育、岩体孔隙率增加,使得风氧化煤岩导水能力大大提高。当采掘空间与导水风氧化煤岩连通时,顶板砂岩水会通过风氧化带导水通道进入采掘空间,造成透水事故。顶板岩层受风氧化作用后,原生裂隙进一步发育,使得顶板整体性恶化,破碎程度增加,部分区域甚至遇水呈泥糊状。风氧化带严重影响了采掘工作面顶板管理、煤质管理和安全生产工作,对矿井正常的采掘活动极为不利。 根据有关专家研究[1-5],风氧化带内煤层采掘的关键问题有:①上覆岩层底含水层的水文特性及其渗透性;②煤层采掘对上覆岩层的影响特征;③弱面发育或软弱顶板的控制技术。综放面揭露风氧化带过程时,端面顶板呈拱形冒落,前拱脚延伸至煤壁前方,后拱脚扩展至支架顶梁上部;对端面顶板注浆加固后,注浆范围内顶板整体性得到强化,为固支力学结构,且胶结厚度越大,顶板完整性越强[6]。国内已经探索出了采用高强度锚梁网加大密度U型棚的联合支护技术和导硐法分次掘进技术施工风氧化带附近的特大断面切眼技术[7];也提出了采用锚索网与单体液压支柱套棚的联合支护技术过风氧化带与复合顶板条件下的大跨度切眼,有效加固围岩,充分发挥围岩的自承能力,显著提高切眼支护效果[8]。 由于平朔井工三矿地质条件的特殊性,大面积的煤层被风氧化。如图1所示,在已经回采的39101、39103工作面中均发现了大面积风氧化区,39104工作面施工巷道过程中揭露了3处风氧化区,面积分别为126×210=26460m2、102×71=7242m2、38×58=2204m。且井工三矿正处于开采初期,以后将长期在风氧化带条件下作业。 图1 采掘概况和风氧化带分布 2 工作面切眼条件 如图1所示,39104工作面位于9#煤层,北靠39105辅运巷,南靠39103工作面切眼,东部靠近井田边界,西部靠近一采区南翼辅运大巷。切眼长度300m,煤层平均厚度10.14m,煤层倾角3°。直接顶以中粗砂岩为主,较坚硬,直接底以泥质岩类为主。靠近切眼处煤层埋藏160~210m,属于浅埋煤层,顶板风氧化严重。切眼设计掘进断面掘宽×掘高=8.5×3.5m,为矩形断面,采用掘进机割煤,巷道采用“锚、网、索、钢带”联合支护。 3 切眼刷扩过风氧化带技术应用 由于煤层埋藏较浅,巷道为矩形,且宽度较大,因此主要利用的是锚杆、锚索的悬吊理论。考虑到切眼宽度超过高度的两倍,且断面较大,当遇到风氧化带时,顶板变软且容易破碎,此时单一的悬吊理论已经不满足要求。由于切眼断面较大,且风氧化带影响较大,很难做到一次成巷,因此提出先施工导硐并预注浆、后刷扩替棚的分步施工技术。施工导硐一方面可探明切眼前方风氧化带分布情况,进行小断面的支护,另一方面在已经揭露的风氧化带内由导硐内向刷扩侧进行顶板注浆,提高顶板的完整性和力学强度。 3.1 施工导峒 首先施工39104工作面切眼导峒,导峒规格为4.5×3.5m。自辅运巷口前方30-70m区间内已揭露风氧化带,如图1所示。 3.2 刷扩区域顶板预注浆 单孔注浆结束的标准: 达到设计注浆压力,并稳压十分钟以上;即使达不到注浆压力,但从周边煤壁串浆;注浆过程中发现异常情况(注意观察顶板的变化情况)及时停泵处理;对顶板注马丽散,注浆孔布置在工作面侧,距顶板0.7m,倾角为45度,孔距为3m,孔深:5m;注马丽散时,必须根据现场顶板实际情况,将马丽散注入顶板裂隙及空洞区域,确保对顶板加固起到效果,注浆期间,注浆点10m范围内必须保证无人作业;注马丽散时,必须加强顶板管理,派专人观察顶板,如顶板有离层、下沉等异常现象时,必须及时停止注入,并撤出人员,及时汇报矿相关部门。 3.2刷扩替棚 对导硐右侧进行刷扩,刷扩规格为4×3.7m。在掘进至风氧化带区域时,缩小循环进尺,短掘短锚,加强顶板控制。 替棚前要超进度打好液压单体,在切眼中部加两根单体支柱加强支护单体间排距1000×1000mm,如图2所示。 图2 打超前单体临时支护 超前单体打好后,掘进至够一架棚位置时停止向前掘进,在两小棚之间加大棚棚梁,并打好单体,如图3所示。大棚架好背严后

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