軟頂軟底掘進(jìn)工藝實(shí)踐研究

【摘 要】與煤層自身?xiàng)l件相近但煤層頂?shù)装逑鄬?duì)較好的礦井相比，軟底軟頂煤層的突出危險(xiǎn)性在一定程度上有較大增強(qiáng)，這給礦井防治煤與瓦斯突出工作帶來(lái)了更大的困難。本文對(duì)軟頂軟底煤層掘進(jìn)防突技術(shù)進(jìn)行了探討，指出應(yīng)將消突措施、巷道斷面、支護(hù)工藝等各方面因素進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到較好的消突效果，從而保障軟底軟頂突出煤層巷道安全快速掘進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】軟頂軟底；突出煤層；巷道掘進(jìn)；巷道斷面；支護(hù)工藝；執(zhí)行措施

1.軟頂軟底掘進(jìn)概述

在部分突出礦井中，除煤層具有突出危險(xiǎn)性以外，煤層頂?shù)装鍖佘泿r，掘進(jìn)巷道周?chē)后w承受的礦山壓力較大，為煤與瓦斯突出增加了更大的動(dòng)力。據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在頂?shù)装遢^軟的突出煤層中進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的情況，采用科學(xué)有效的消突措施、合理的巷道斷面、科學(xué)的支護(hù)工藝相結(jié)合的針對(duì)性較強(qiáng)的綜合性防突措施，方能達(dá)到較好的防突效果。

2.對(duì)礦道掘進(jìn)進(jìn)行有效的消突措施

目前國(guó)內(nèi)較成熟的掘進(jìn)防突技術(shù)有鉆孔排放措施、抽放措施、松動(dòng)爆破措施、水力沖孔或煤層注水等水力措施。對(duì)于軟底軟頂煤層，水力防突措施施工管理難度大，對(duì)巷道的支護(hù)效果有一定的影響，非特定條件在軟底軟頂煤層中一般不宜使用。

2.1透氣性較好煤層的消突措施

煤層較堅(jiān)硬且比較穩(wěn)定，煤層的突出危險(xiǎn)性相對(duì)較小，如果煤層的透氣性相對(duì)較好，則主要采取的消突措施有以下幾種。

(1)淺孔超前排放措施。采用Φ42mm麻花鉆桿配合煤電鉆或風(fēng)煤鉆施工排放孔，孔深8～12m，鉆孔數(shù)量和參數(shù)需具體設(shè)計(jì)，措施經(jīng)檢驗(yàn)有效后，保持5m超前距進(jìn)行掘進(jìn)，完成掘進(jìn)后執(zhí)行下一輪措施。(2)深孔超前排放措施。采用150型鉆機(jī)配合Φ86mm鉆孔施工排放孔，孔深30～50m，如鉆機(jī)成孔效果好，深度可適當(dāng)加長(zhǎng)，鉆孔數(shù)量和參數(shù)根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。執(zhí)行超前排放措施孔后，按照防突細(xì)則要求進(jìn)行效果檢驗(yàn)，檢驗(yàn)孔深度為8～12m保持2m超前距進(jìn)行掘進(jìn)，相對(duì)于Φ86mm深孔而言，最后一個(gè)循環(huán)保持5m超前距掘進(jìn)。(3)深孔松爆措施。采用Φ42mm的炮眼，眼深8～12m，根據(jù)松動(dòng)爆破孔有效影響范圍設(shè)計(jì)巷道斷面內(nèi)炮眼布置及炮眼個(gè)數(shù)，執(zhí)行措施后經(jīng)檢驗(yàn)有效保持5m超前距掘進(jìn)。

2.2透氣性較差煤層的消突措施

如果煤層的透氣性較差，上述措施不易達(dá)到消突目的，則可采取巷旁鉆場(chǎng)本層超前抽放措施或工作面超前抽放措施，抽放鉆孔的布置、數(shù)量、深度等應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)鉆孔的抽放半徑和安全煤柱的要求，結(jié)合礦井的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)檢驗(yàn)孔深度小于抽放孔3m以上時(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)有效后保持2m超前距掘進(jìn)當(dāng)檢驗(yàn)孔深度等于抽放孔深度時(shí)，保持5m超前距掘進(jìn);在這種情況下，為保證正常掘進(jìn)，每個(gè)主掘工作面應(yīng)考慮一個(gè)備用掘進(jìn)工作面，交替執(zhí)行措施、交替掘進(jìn)。

2.3嚴(yán)重突出煤層的消突措施

在嚴(yán)重突出煤層中掘進(jìn)，在本煤層執(zhí)行防突措施成本高、效果差，在執(zhí)行消突措施的過(guò)程中也有發(fā)生突出的可能性，可考慮在瓦斯抽采設(shè)計(jì)中設(shè)置高位抽放巷，并在采掘部署中首先施工高位抽放巷。隨著高位巷的掘進(jìn)，在高位巷內(nèi)設(shè)置抽放鉆場(chǎng)，抽放鉆孔的控制范圍為開(kāi)采突出煤層巷道兩側(cè)安全煤柱以內(nèi)，從而對(duì)開(kāi)采煤層鄰近巷道安全煤柱內(nèi)瓦斯進(jìn)行抽放。當(dāng)高位抽放巷形成后，在原設(shè)計(jì)突出煤層巷道安全煤柱以內(nèi)已抽放瓦斯多月，最早鉆場(chǎng)抽放時(shí)間一般已達(dá)6個(gè)月以上，這時(shí)可檢驗(yàn)瓦斯抽放效果，在解除了突出危險(xiǎn)后，可開(kāi)始突出煤層煤巷掘進(jìn)。由于已解除了突出危險(xiǎn)，煤巷掘進(jìn)無(wú)需采取特別的防突措施(但必須采取區(qū)域性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào))，從而可較大地提高突出煤層煤巷掘進(jìn)速度;如條件許可，可采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)。高位瓦斯抽放時(shí)間的長(zhǎng)短，應(yīng)根據(jù)各礦具體煤層進(jìn)行考查。

3.如何選擇合理的巷道斷面進(jìn)行科學(xué)的支護(hù)

3.1選擇合理的巷道斷面

在煤與瓦斯突出礦井，風(fēng)排瓦斯是治理瓦斯的一種重要手段。為將工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃谝?guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，回采工作面的配風(fēng)量較大，特別是采煤機(jī)械化程度較高的工作面，工作面風(fēng)量的配備就更大，這就使得回采工作面進(jìn)回風(fēng)巷的斷面較大。巷道斷面越大，特別是巷寬越大，巷道支護(hù)效果就越差，煤體承受頂?shù)装宓膲毫驮酱?巷高越大，煤壁的穩(wěn)定性就越差，巷道煤體對(duì)頂?shù)装宓闹文芰驮讲睿@些情況下的突出煤層掘進(jìn)，容易引發(fā)突出，特別是壓出。因此，突出煤層中巷道斷面的選擇對(duì)防止煤與瓦斯突出很重要。當(dāng)所需通風(fēng)斷面大，防突工作難度大，巷道支護(hù)困難時(shí)，在采區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)可采用雙巷布置，從而減小單條巷道的通風(fēng)斷面;與此同時(shí)，推廣沿空留巷或沿空護(hù)巷技術(shù)，從而在進(jìn)行下區(qū)段工作面巷道布置時(shí)，可以利用其中1組巷道，以加快工作面準(zhǔn)備速度。

3.2選擇科學(xué)合理的支護(hù)工藝

針對(duì)不同的巷道斷面，應(yīng)根據(jù)不同的圍巖情況與不同的支護(hù)形式相結(jié)合，同時(shí)采取有針對(duì)性的消突措施，從而達(dá)到較好的消突效果。(1)當(dāng)巷道上毛寬小于2.5m，下毛寬小于3.5m，巷道斷面小于7m2時(shí)，在支護(hù)形式方面，應(yīng)優(yōu)先采用錨網(wǎng)支護(hù)、錨網(wǎng)+W鋼帶支護(hù)，如巷道服務(wù)年限較長(zhǎng)，應(yīng)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。也可采用12#礦用工字鋼金屬三節(jié)棚支護(hù)，支架間距可根據(jù)巷道具體情況確定，一般在0.3～0.8m，幫頂采用竹芭或木材背實(shí)。(2)當(dāng)巷道上毛寬大于2.5m時(shí)，應(yīng)采取錨網(wǎng)支護(hù)、錨網(wǎng)+W鋼帶支護(hù)，有必要時(shí)還應(yīng)增加錨索支護(hù)，如巷道服務(wù)年限較長(zhǎng)，應(yīng)采用錨網(wǎng)(錨索)噴支護(hù)，支護(hù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)巷道具體情況進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。(3)當(dāng)巷道斷面較大，巷道頂板壓力極大，錨網(wǎng)+錨索支護(hù)均不能滿足支護(hù)要求時(shí)，可采用錨網(wǎng)+錨索+U型棚(或梯形棚)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。實(shí)踐證明，有效的支護(hù)形式能較好地控制礦山壓力，在一定程度上控制誘發(fā)煤與瓦斯突出的動(dòng)力，從而減少突出煤層煤巷掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生煤與瓦斯突出的頻率。

4.執(zhí)行措施的主要效果

4.1巷道的支護(hù)情況

在掘進(jìn)期間，我們根據(jù)下分層巷道壓力情況，科學(xué)施策，采用梯形工字鋼支護(hù)，為了防止頂板背板折斷造成冒頂，我們采取增加背板的強(qiáng)度的措施，由原來(lái)的單背板改為雙倍板，有效的提高了背板的支護(hù)強(qiáng)度。頂部同時(shí)采用直徑4mm的鋼筋網(wǎng)，并且網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度為100mm，并且用12#扎絲每200mm設(shè)一道扎絲。棚子的間距不超過(guò)600mm，棚子的支護(hù)強(qiáng)度基本滿足了礦壓的需求，同時(shí)提高了架棚的速度。通過(guò)這幾個(gè)月施工的情況來(lái)看，巷道支護(hù)情況良好，并且棚子沒(méi)有出現(xiàn)變形現(xiàn)象，支護(hù)基本滿足支護(hù)強(qiáng)度的需求。

4.2施工進(jìn)度與效果

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，我們的施工速度有了較大的提高，施工進(jìn)度由原來(lái)的120米左右，提高到260米以上，尤其是我們?cè)谏a(chǎn)組織上，創(chuàng)出了日進(jìn)尺20米、小班單進(jìn)8米的好成績(jī)。同時(shí)在切割效果上看，我們?nèi)〉昧溯^好的經(jīng)濟(jì)切割效益。截尺的消耗量也降低到了最低限度，達(dá)到了我們立項(xiàng)研究的目的。

4.3防自燃發(fā)火工作取得了較好的效果

在掘進(jìn)巷道施工時(shí)，最繁瑣的是噴漿工作，浪費(fèi)大量的人力運(yùn)料，并且一旦巷道自燃發(fā)火以后再噴漿，給噴漿的難度會(huì)增加很大，對(duì)噴漿的質(zhì)量要求的也高，有時(shí)候復(fù)噴好幾次還不能滅火。通過(guò)控制頂板措施的實(shí)施，沒(méi)有出現(xiàn)空頂現(xiàn)象，沒(méi)有出現(xiàn)一次由于出現(xiàn)空頂現(xiàn)象而造成自燃，也沒(méi)有因此而造成噴漿封閉工作而影響生產(chǎn)。

4.4圓鐵穿楔控制頂板取得了較好的效益

圓鐵穿楔代替管縫錨桿，是控制頂板、提高經(jīng)濟(jì)效益的一項(xiàng)舉措，并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，圓鐵穿楔的回收率較高，超過(guò)95%以上，并且彎曲率不超過(guò)5%，確實(shí)有效的控制工作面上方大塊矸石的跨落，有效的控制了下分層頂板。

5.結(jié)束語(yǔ)

防治煤與瓦斯突出是突出礦井安全生產(chǎn)技術(shù)管理工作的重中之重，在軟底軟頂突出煤層中，這一問(wèn)題就顯得更為重要。事實(shí)證明，在軟底軟頂突出煤層中進(jìn)行巷道掘進(jìn)，只要采取有效的消突措施、選擇合理的巷道斷面、采用科學(xué)的支護(hù)工藝，在對(duì)煤與瓦斯突出的防治方面就能達(dá)到較好的效果。 [科]