高地應力突出煤層過巷技術研究

杜 浩，張晶玉

(洛陽義安礦業(yè)有限公司， 河南 新安市 471821)

高地應力突出煤層過巷技術研究

杜 浩，張晶玉

(洛陽義安礦業(yè)有限公司， 河南 新安市 471821)

義安礦業(yè)公司屬于“三軟”低透氣性高突礦井，而11軌道上山是11采區(qū)的主要運輸大巷。對11軌道上山的瓦斯?jié)舛冗M行統(tǒng)計，特別是放炮后瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r，及時的找出瓦斯在最大值時的礦壓變化情況，對巷道圍巖不同深度徑向位移觀測，采取現(xiàn)有的區(qū)域局部預測效果檢驗設備進行鉆屑解吸指標、瓦斯涌出速度及最大鉆屑量變化的統(tǒng)計，通過實驗觀察初步掌握了影響上部巷道變形的區(qū)域和地點，并制定出合理控制措施提前防范，提前加固支護，煤層注水，采用大斷面巷道掘進，采用卸壓爆破和鉆孔卸壓的方法，保證了上部巷道無變形，節(jié)約了材料消耗量和巷道維護，實現(xiàn)安全過巷。

過巷；支護；鉆屑解吸；煤層注水

義安煤礦井田面積28.7 km2，可采地質儲量93822 kt，二1煤層瓦斯含量4.02～12.19 m3/t，平均7.22 m3/t，全部處于沼氣、氮氣帶范圍，且沼氣帶與氮氣帶相互穿插，瓦斯壓力達0.29～1.51 MPa，為煤與瓦斯突出礦井。

由于義安煤田煤厚變化大、煤體松軟、透氣性差且無保護層開采的煤層條件， 11區(qū)軌道上山掘進期間，上部巷道圍巖遭到破壞，變形嚴重，從而導致后期材料浪費、瓦斯涌出量增大、施工進度緩慢等。因此在過巷期間提前控制，避免上部巷道變形，節(jié)約材料消耗量和巷道維護，實現(xiàn)安全過巷，在高地應力突出煤層中具有重要影響和意義[1]。

1 過巷控制監(jiān)測

1.1 過巷地點位置關系

11區(qū)軌道上山、111061工作面位于11采區(qū)中部。11區(qū)軌道上山布置在二1煤層中，11061軌道順槽在二1煤層頂板中，交叉點巖柱為12 m。由于高地應力，掘進后煤層束縛被解除，能量釋放致使此地點嚴重變形。

1.2 實驗觀察方法

(1) 在以11區(qū)軌道上山與11061軌道順槽交叉點的位置為中心點，在巷道11061軌道順槽兩側分別布置2個觀測點，觀測點之間的距離為5 m，巷道中心位置布置1觀測點。如圖1所示。

(2) 對11軌道上山的瓦斯?jié)舛冗M行統(tǒng)計，特別是放炮后瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r，及時的找出瓦斯在最大值時的礦壓變化情況。

(3) 使用頂板離層儀對巷道圍巖不同深度徑向位移觀測，做好信息的統(tǒng)計。

(4) 采取現(xiàn)有的區(qū)域局部預測效果檢驗設備進行鉆屑解吸指標、瓦斯涌出速度及最大鉆屑量變化的統(tǒng)計，并統(tǒng)計鉆屑量變化時的礦壓變化情況。

圖1 11區(qū)軌道上山過巷平面

2 實驗觀測結果與分析

(1) 11061軌道順槽5個點的觀測情況看巷道的變形情況是從距巷道中心交點40 m處開始起變化的。巷道變形最嚴重是在距巷道中心交點3～10 m處巷高達到了巷道變形的峰值。距巷道交點中心的1號、2號、3號觀測點的巷寬變化情況最嚴重。過巷50 m處巷道的變化幾乎穩(wěn)定。如圖2所示。

(2) 區(qū)域局部預測效果檢驗進行鉆屑解吸指標、瓦斯涌出速度及最大鉆屑量變化的統(tǒng)計。當距過巷中心交點48.10 m時，鉆屑解吸指標到達了最大值137 Pa,從48.10 m開始鉆屑解吸指標處于98 Pa和118 Pa在11區(qū)軌道上山過巷18.29 m處時鉆屑解吸指標到達了最大值137 Pa。瓦斯涌出速度從41.74 m開始增加，距過巷中心交點44.49 m時達到了峰值1.836 l/min。最大鉆屑量從距過巷中心交點41.74 m時開始有所增加，在41.40，37.74 ，1.04 m處達到了最大值3.8 kg/m。如圖3～圖5所示。

圖2 1161l軌道順槽測點巷高邊形曲線

圖3 11區(qū)軌道上山鉆屑量曲線

圖4 11區(qū)軌道上山鉆屑解析折線

圖5 11區(qū)軌道上山瓦斯涌出速度折線

(3)正頭瓦斯報警儀的數據從距過巷中心交點15.24 m處開始瓦斯?jié)舛葟?.14開始增加，回風流瓦斯?jié)舛葟木噙^巷中心交點21.24 m開始瓦斯?jié)舛葟?.1開始增加過巷中心交點44.49 m處時達到了峰值0.44。如圖6所示。

圖6 監(jiān)測探頭瓦斯?jié)舛惹€

3 結 論

通過試驗，在過巷點前后40 m左右，巷道變形出現(xiàn)，在3～10 m位置達到最大變形程度。瓦斯涌出初速度等指標均在距過巷點20 m以內出現(xiàn)急劇增加。為減少工程量及不必要的浪費，可采取以下措施：

(1) 提前加固支護。提前在準備過巷40 m的時候對巷道的支護進行加固。采用錨索梁+礦工鋼抬棚聯(lián)合加固，錨索梁打設間排距1.6 m×1.8 m，每排2根，一梁三索，錨索采用Φ15.2 mm×5000 mm錨索繩，每根錨索配2卷K2340和4卷Z2350藥卷進行錨固，礦工鋼抬棚打設在巷道正中位置，首尾相接，2.5 m工鋼梁，2.7 m工鋼點柱，一梁三柱。

(2) 煤層注水。對過巷中心交叉點前后10 m的巷幫及頂部進行多次長時間注水，以使煤體充分的膠結，減少超前動壓影響。煤層壓力預注水后，經過水力壓裂和長時間的濕潤作用，煤體性質發(fā)生了變化，從根本上消除或減緩了沖擊地壓危險[4]。

(3) 采用大斷面巷道掘進。因為煤柱承受的壓力很高，要承受幾個方向的疊加應力，最容易產生壓力，上層遺留的煤柱還會向下傳遞集中壓力。為了盡可能的避開支撐壓力峰值范圍，采用大斷面巷道掘進。采用36U型棚(梁長3400 mm，腿長3300 mm)支護，凈寬5964 mm，凈高3932 mm，棚距700 mm(中-中)，頂部錨桿間排距800 mm×700 mm，每排6根，金屬網搭接間距100 mm，使用12#鐵絲捆扎，間距200 mm，架后依次使用小圓木、塑料網、荊芭背設，小圓木凈間距300 mm(中-中)，塑料網搭接處孔孔必串；其他空頂空幫處使用煤(碴)袋進行充填。

(4) 采用卸壓爆破的方法。卸壓爆破在煤體中產生大量裂隙，使煤體的力學性質發(fā)生變化，彈性模量減小，強度降低，彈性能減少，破壞了沖擊地壓發(fā)生的強度條件和能量條件。由于煤體內裂隙的長度和密度增加，還具有致溫作用和止裂作用，防止了沖擊地壓的發(fā)生。

(5) 采用鉆孔卸壓的方法。實質是利用剛應力條件下，煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層卸壓、釋放能量，消除壓力危險。

掌握了過巷時上部巷道變形規(guī)律和臨界點，11區(qū)軌道上山在11041膠帶順槽進行過巷時，采用提前40 m位置加強支護、10 m位置煤層注水等措施后，對11區(qū)軌道上山進行預防，11041膠帶順槽變形明顯減少，煤巷掘進速度達到了70 m/月，180 d內上部巷道變形僅為±30 mm，節(jié)約了修巷資金約20多萬元。

[1]溫耀軍,等.綜采工作面過斷層和過空巷技術研究與實踐[J].中國科技論文在線：http://www.paper.edu.cn.

[2]國家安全生產監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全技術“專家會診”資料匯編[Z].2006.

[3]何繼善,呂紹林.瓦斯突出地球物理研究[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999.

[4]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1992.

[5]國家安全生產監(jiān)督管理總局,國家煤礦監(jiān)察局,煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2011.

2014-04-28)

杜 浩(1986-),男，漢族，河南洛陽人，技術員，從事煤礦井巷設計工作，Email:330145263@qq.com。