薄基巖淺埋煤層末采頂板下沉探索分析

董 浩，李 勇，劉繼德

（北京天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，北京100013）

薄基巖淺埋煤層末采頂板下沉探索分析

董 浩，李 勇，劉繼德

（北京天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，北京100013）

針對(duì)42-09工作面在末采回撤過(guò)程中，主回撤通道頂板來(lái)壓、3號(hào)聯(lián)以東180m范圍內(nèi)垛式支架卸載、單體液壓支柱鉆底、幫錨桿崩斷、幫網(wǎng)崩裂、頂板沿非采幫煤壁切落等一些列問(wèn)題，進(jìn)行了分析和探討，期對(duì)薄基巖淺埋煤層末采主回撤通道支護(hù)設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)人員有所幫助。

末采；回撤通道；支護(hù)；薄基巖；淺埋

伊泰集團(tuán)納林廟煤礦二號(hào)井位于鄂爾多斯高原與陜北黃土高原的交接處，地表被黃土層覆蓋，受水流風(fēng)蝕等影響，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫交錯(cuò)，水土流失嚴(yán)重，植被極不發(fā)育，井田面積20.96 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量17294 t，可采儲(chǔ)量11191t。

1 工作面概況及地質(zhì)情況

42-09綜采工作面為4-2煤首采工作面，走向長(zhǎng)1547 m，傾斜長(zhǎng)240 m，煤層厚度1.9 m～2.4 m，煤層傾角0°～3°、平均1°，工作面沿底板推進(jìn)，一次采全高。42-09工作面距離地表12 m～113 m，地表起伏不平。4-2煤中生代侏羅紀(jì)中下統(tǒng)延安組（J1-2Y）中巖段的下部。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不含夾矸或含1層夾矸，厚度0～0.65m、平均0.35m，巖性一般為砂質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，煤層裂隙含水。

2 回撤通道及支護(hù)方式

主回撤通道采用2.8 m×5.2 m斷面，鋪設(shè)200 mm厚的混凝土底板；頂板采用“錨桿+鋼帶+錨索+雙層鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，鋼筋網(wǎng)吊掛于錨桿托盤(pán)之上，靠近工作面采通側(cè)掛雙層下垂網(wǎng)，方便貫通后與工作面網(wǎng)連接成整體。輔回撤通道是為了能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)平行作業(yè)、快速回撤工作面設(shè)備，而專(zhuān)門(mén)設(shè)置的輔助運(yùn)輸通道，見(jiàn)圖1。輔回撤通道及聯(lián)巷采用2.8m×5.0m的斷面，輔回撤通道和聯(lián)巷鋪設(shè)200 mm厚的混凝土底板，頂板采用“錨桿+鋼帶+單層鋼筋網(wǎng)”支護(hù)。

圖1 42-09回撤通道平面圖

主回撤通道頂板形式與規(guī)格：錨桿直徑20 mm螺紋鋼，長(zhǎng)度2.1m，排距1.0m。網(wǎng)片網(wǎng)孔0.1m×0.1 m，Ф6.5 mm鋼筋。鋼筋梯：Φ14 mm×4800 mm×75 mm，排距3.0 m。錨索：Ф15.24 mm×6.5 m，排距3.0 m。主回撤通道非采幫支護(hù)形式及規(guī)格：樹(shù)脂錨桿直徑Ф16 mm×1600 mm，排距1000 mm，見(jiàn)圖2。在采取以上支護(hù)形式的基礎(chǔ)上，采用90架垛式支架加單體液壓支柱對(duì)主回撤通道及其聯(lián)絡(luò)巷口進(jìn)行支護(hù)，呈雙排并列交叉布置。

圖2 42-09主回撤通道斷面圖

3 末采及回撤經(jīng)過(guò)

2011年7月6日，距離停采線還有5 m時(shí)，主回撤通道頂板來(lái)壓，3號(hào)聯(lián)以東180 m范圍內(nèi)垛式支架卸載，單體液壓支柱鉆底，近一半單體鉆底深度達(dá)到0.5 m，幫錨桿崩斷，幫網(wǎng)崩裂，頂板沿非采幫煤壁切落，頂板移近量達(dá)到0.5m，見(jiàn)圖3。

圖3 單體鉆底，折斷圖

2011年7月10日生產(chǎn)服務(wù)中心開(kāi)始回撤。7月24日，回撤垛式支架71架，剩余19架；回撤液壓支架92架，剩余72架。7月25日開(kāi)始將主回撤通道西段臥底硬化，先放炮崩出硬化底板，使用裝載機(jī)臥底，深度為0.8 m，再墊碎石硬化，硬化厚度300 mm，C30，使用早強(qiáng)劑，確保一周凝固期。8月1日具備生產(chǎn)服務(wù)中心恢復(fù)回撤，8月6日回撤完畢。

4 主要原因及預(yù)防措施

4-2煤埋深較淺，最大埋深不超過(guò)120m，基巖薄，上覆厚松散層，在回采過(guò)程中曾發(fā)生2次頂板沿煤壁切落，工作面礦山壓力情況與上覆巖層厚度、地表起伏也有很大關(guān)系。根據(jù)地表觀測(cè)，頂板基巖沿全厚切落，破斷直接波及地表，來(lái)壓時(shí)地表臺(tái)階最大達(dá)到0.8m。42-09主回撤通道貫通期間，垛式支架普遍卸載，支架最高2.5 m，而主回撤通道設(shè)計(jì)高度2.6 m，超高段使用道木接頂。需要提高主回撤通道的設(shè)計(jì)高度，給于一定的下沉空間；選用合適的垛式支架高度和工作阻力，并在垛式支架下部補(bǔ)打單體，提高支架的工作阻力。

主回撤通道支護(hù)的液壓?jiǎn)误w支柱工作阻力250 kN，柱徑100 mm，支護(hù)時(shí)沒(méi)有加柱鞋，對(duì)底板比壓為31.847 MPa/m2，設(shè)計(jì)的硬化強(qiáng)度為C25，當(dāng)單體超過(guò)25 MPa/m2時(shí)，單體鉆底，造成巷道底板破碎。因?yàn)椋?-2煤直接底為中生代侏羅紀(jì)中下統(tǒng)延安組煤系地層軟巖，外觀呈淺灰色，層理為厚層狀，主要成分為高嶺石，遇水產(chǎn)生軟化、泥化的現(xiàn)象。受單體鉆底造成生產(chǎn)用水進(jìn)入底板泥巖，短時(shí)間內(nèi)迅速軟化、膨脹，硬化巷道底板底鼓，破碎。在動(dòng)載影響下加速破壞，形成泥巖泥化物，重型支架車(chē)等工作中產(chǎn)生塑性流動(dòng)，不能進(jìn)行正常回撤。因此，單體需要進(jìn)行穿鞋，減小對(duì)底板比壓（根據(jù)42-09主回撤通道貫通情況，超高段單體下部使用道木的，沒(méi)有出現(xiàn)單體鉆底）。并且應(yīng)將硬化厚度增加至300 mm，并配鋼筋，增加底板抗壓強(qiáng)度。

4-2煤含一層泥巖夾矸，在主回撤通道段厚0.3 m左右，泥巖具有可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)，遇水泥化，受力會(huì)擠壓變形，且風(fēng)干失水后,表面即發(fā)生龜裂，經(jīng)過(guò)干濕交替后大部分崩解，片幫；在頂板來(lái)壓時(shí)，塑性區(qū)正好位于夾矸部分形成的層理弱面中，42-09主回撤通道貫通時(shí)，大部分樹(shù)脂錨桿崩斷，塑料網(wǎng)撕裂，見(jiàn)圖4。因此，需要使用螺紋鋼錨桿、鐵絲網(wǎng)支護(hù)，并增加錨索和鋼帶，阻止片幫，增加煤壁的支撐力，減小頂板下沉量。

圖4 樹(shù)脂錨桿崩斷、塑料網(wǎng)撕裂圖片

工作面長(zhǎng)度240 m，在末采貫通期間，聯(lián)網(wǎng)速度和推進(jìn)度較慢，這表現(xiàn)在不同長(zhǎng)度的工作面循環(huán)作業(yè)所需時(shí)間長(zhǎng)短不同；礦山壓力顯現(xiàn)也有很大影響，當(dāng)工作面頂板巖石下沉量達(dá)到一定值時(shí)，工作面支架可能會(huì)被壓死，因此只能靠改變推進(jìn)度來(lái)調(diào)解。在確定長(zhǎng)壁式采煤工作面合理長(zhǎng)度之前，首先要考慮其主要因素的影響程度，若受到一些條件限制時(shí)，應(yīng)該加以改變，使工作面長(zhǎng)度趨近于最佳。

末采前應(yīng)對(duì)主回撤通道頂板、非采幫夾矸、工作面“三角區(qū)”破碎煤巖體進(jìn)行化學(xué)注漿加固，將破碎頂板及煤壁圍巖膠結(jié)為有一定強(qiáng)度的密實(shí)體，提高主回撤通道圍巖的穩(wěn)定性和抗壓能力，改善圍巖的受力狀況，為回撤創(chuàng)造安全的施工條件。

根據(jù)地表起伏情況，42-09綜采工作面主回撤通道以3號(hào)聯(lián)為界，以西在溝底，以東在山脊，西段距離地表最小43 m，而東段距離地表最大105 m，對(duì)應(yīng)主回撤通道位置3號(hào)聯(lián)以東壓力特別大，3號(hào)聯(lián)以西壓力相對(duì)較小，由此可見(jiàn)，選擇合適的回撤通道位置也是很重要的條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)伊泰集團(tuán)納林廟煤礦二號(hào)井42-09綜采工作面回采及回撤經(jīng)驗(yàn)，可為薄基巖淺埋煤層綜采工作面合理長(zhǎng)度的選擇，根據(jù)地表覆蓋層厚度確定主回撤通道位置，選擇合理的支護(hù)強(qiáng)度，給回撤通道含夾矸注漿提高圍巖抗壓承載能力等方面起到重要指導(dǎo)意義。

[1]貴枝.對(duì)綜采放頂煤開(kāi)采工作面長(zhǎng)度的一點(diǎn)看法[J].江蘇煤炭，2001(4):30-31.

[2]郭勝利.復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面液壓支架回撤技術(shù)[J].煤炭工程，2006(7):35-36.

[3]張明清，岳宗洪，吳桂義，等.綜采工作面下行式支架回撤技術(shù)的理論研究與實(shí)踐[J].煤炭工程，2008(4):35-38.

[4]張連海，和新亮，張顯峰，等.林西礦綜采工作面回撤巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009(5):25-26.

Analysis on Roof Subsidence in the Last Stage of Mining on Shallow Coal Seams with Thin Bedrocks

DONG Hao,LI Yong,LIU Ji-de
(Beijing Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co.,Beijing100013)

During the withdrawal of42-09 working face in the last stage of mining,there appeared a series of problems,including roof weighting of the main withdrawal roadway,chock support uninstalling within180m east of No.3 connection lane,bottom drilling of single-column hydraulic support,breaking of side anchors and nets,and falling of non-mined coal walls.The problems were studied in order to instruct technicians the support design of withdrawal roadways in the last stage of mining on shallow coal seams with thin bedrocks.

the last state of mining;withdrawal roadways;support;thin bedrocks;shallow coal seams

TD823.81

A

1672-5050（2012）02-0064-03

2011-11-20

天地科技股份有限公司青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目（TJ-JJ-09-HT-2）

董 浩（1982—），男，安徽合肥人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)工作。

劉新光