復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤礦綜掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

王鐵成　金殿鵬　李吉新　王立業(yè)

摘要：我國地大物博，有很豐富的煤炭儲量，煤礦業(yè)在中國經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了很大部分。隨著開發(fā)時(shí)間的加長，開采深度也越來越深，在開采過程中也遇到了很多的問題，如斷層、褶曲等，嚴(yán)重影響了煤礦掘進(jìn)。文章就大強(qiáng)煤礦復(fù)雜地質(zhì)下的煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析，也給其他煤礦提供了參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；煤礦掘進(jìn)；支護(hù)技術(shù)；煤礦業(yè)；煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD421 文章編號：1009-2374（2016）08-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.075

對于以往的采煤技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，利用錨網(wǎng)、錨桿、U型鋼等一系列方法進(jìn)行支護(hù)，很明顯地提高了礦井掘進(jìn)的支護(hù)速度，大大加強(qiáng)了采煤效率。本文以地質(zhì)條件較為復(fù)雜的大強(qiáng)煤礦地區(qū)為例，對煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究。

1 大強(qiáng)煤礦掘進(jìn)地區(qū)的地質(zhì)條件

1.1 工作面位置、四鄰及地表情況

工作面位于工業(yè)廣場南側(cè)采區(qū)中部，回風(fēng)順槽的東邊是鉆孔，在切眼的南部有很多斷層，以運(yùn)輸順槽為界西鄰CDF97、HDF117、HDF120、F5號斷層及897、10-1013號鉆孔，在設(shè)計(jì)采止線的北邊則是用來清理撒煤的構(gòu)造以及各種運(yùn)輸巷道；工作面回采面積為277697m2，運(yùn)輸順槽長度為1147m（斜尺1170.5m）、回風(fēng)順槽長度為1166m（1189m）、切眼長度為241m（斜尺242m），工作面標(biāo)高-899.7～-1136.4m，地表標(biāo)高為107.4～105.6m，距地表1018.2～1242.0m。地表為耕地。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造情況

根據(jù)巷道實(shí)際回采范圍內(nèi)的煤層呈一單斜構(gòu)造，煤層走向70°～80°、傾向160°～170°、傾角10°～16°；本工作面中有8條斷裂層，附近還有6條斷層。

1.3 煤層情況

工作面回采煤層為1煤層，根據(jù)巷道資料，1煤層分層3～11層，厚度為8.20～11.2m，平均厚度為10.5m，純煤厚為6.88～10.7m，平均厚度為9.50m，煤層硬度為2～3。夾石煤層中含有矸的厚度為0.1～0.70m，加起來的平均值厚度為1.00m，巖性為泥巖、粉砂巖及團(tuán)狀黃鐵礦巖。煤種為氣煤，發(fā)熱量（Qgr·d）值為26.7～27.14MJ/kg（發(fā)熱量6381～6487大卡），屬中高發(fā)熱量煤。

1.4 煤層頂?shù)装迩闆r

頂板為直接頂為油頁巖、灰質(zhì)泥巖，油頁巖厚度為1.20～1.80m，呈現(xiàn)出灰色。油頁巖結(jié)構(gòu)十分堅(jiān)固，顆粒很小，中間沒有縫，泥土中含有膠泥，結(jié)構(gòu)是一層一層的，中間有碳，容易被風(fēng)化，然后就形成了粉塵。污染空氣，其物理力學(xué)性質(zhì)：比重為2.32g/cm?，容重為2.16g/cm?，抗壓強(qiáng)度為164～233kg/cm?，抗剪強(qiáng)度26～27kg/cm?，內(nèi)摩擦角為41°51'，凝聚力為23kg/cm?，由于直接頂?shù)目箟簭?qiáng)度小于1000kg/cm?，從其堅(jiān)固程度來看是軟巖。老頂為油頁巖、粉砂巖、中砂巖互層、油頁巖，厚度為50.0～60.0m，平均厚度為55.0m，粉砂巖厚度為2.50～5.50m，平均厚度為4.00m，中砂巖厚度為5.00～10.0m，平均厚度7.5m。

直接地板是為泥巖粉砂巖，是灰色的物質(zhì)，呈塊狀構(gòu)造，端口層次不齊。老底為中砂巖、粉砂巖、粗砂巖、泥巖互層，中砂巖厚度為0.10～0.40m，平時(shí)很少見得到光滑面，顆粒中以灰白色縫石英長石灰白色為主體，很難從中分出煤炭顆粒，泥質(zhì)膠結(jié)；粉砂巖，平均厚度為0.70m，是灰色的，在其表面可以看見灰綠色，并且具有滑面，中間含有很少的砂礫巖；粗砂巖厚度為0.20～1.40m，平均厚度為0.60m，灰白色，顆粒成分以石英長石為主，顆粒分選性較差，泥質(zhì)膠結(jié)；泥巖厚度為5.00～8.00m，平均厚度為7.00m，深綠色，塊狀構(gòu)造，偶見細(xì)礫，夾礫巖，部分可見滑面構(gòu)造，半堅(jiān)硬。

2 煤礦掘進(jìn)的技術(shù)難點(diǎn)

大強(qiáng)礦區(qū)在開采過程中要克服的困難有：第一，在礦井不斷掘進(jìn)的過程中，深度一直在深入，礦井頂部的巖石變化非常明顯，壓力也在不斷加大，對支護(hù)的工具帶來了很大的考驗(yàn)；第二，大強(qiáng)礦區(qū)地區(qū)礦井的頂?shù)装搴兔簩佣己芩绍洠趬毫ο氯菀姿荨Ｔ诘V道的掘進(jìn)過程中，不容易形成堅(jiān)固的形狀，并且變形很嚴(yán)重，支護(hù)會下降，邊墻會收縮，在掘進(jìn)過程中還要對后面的礦道進(jìn)行維修；第三，復(fù)雜地質(zhì)條件和諸多的斷層造成改變，難以掘進(jìn)的地方就需要改變方向，造成了彎道多、坡度陡的問題；第四，在大強(qiáng)礦區(qū)的礦井中，普遍存在煤層較薄的問題，特別是主礦道中。因此在對薄煤層進(jìn)行開采時(shí)，巷道回采過程中的主要工作是掘進(jìn)支護(hù)，在對半煤巖巷進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，高技術(shù)、良好的設(shè)備、精干的技術(shù)和保證設(shè)備的良好運(yùn)行是很有必要的，只要處理好這個(gè)問題，采煤的速度將有很大的提高；第五，我國的煤礦開采技術(shù)，還采用傳統(tǒng)技術(shù)，難以與國際先進(jìn)技術(shù)做對比，這是一個(gè)很大的問題，要在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和創(chuàng)新；第六，大強(qiáng)礦區(qū)的采煤掘進(jìn)設(shè)備還是很陳舊的設(shè)備，遇到較為堅(jiān)硬的巖石時(shí)就難以掘進(jìn)，還對設(shè)備本身造成了很大的磨損，進(jìn)而減慢了掘進(jìn)的速度，影響了采煤的速度，對支護(hù)也造成了很大的難度。

3 地質(zhì)條件下煤礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵

3.1 綜掘機(jī)與普掘機(jī)臨界點(diǎn)的確定

通常來說，巷道的長度決定了綜合掘機(jī)與普掘機(jī)的臨界點(diǎn)，而巷道長度又需要根據(jù)綜掘機(jī)、普掘機(jī)的掘進(jìn)水平，根據(jù)實(shí)際操作而定。一般情況下，掘進(jìn)距離較小時(shí)采用普掘進(jìn)機(jī)，這樣不僅減小了投入，降低了成本，也使得工期安排合理，是最優(yōu)化的選擇。當(dāng)然距離加大之后就需要采用綜掘機(jī)了，這是一個(gè)技術(shù)性較強(qiáng)的機(jī)器，可以減少人力的投入，保證了人員的安全，也大大提高了掘進(jìn)速度，提高了采煤效率。

3.2 綜掘機(jī)的選型

綜掘機(jī)的選型要綜合考慮各個(gè)方面的問題：掘進(jìn)巷道的寬度、坡度、彎曲程度是主要的選擇機(jī)型大小的關(guān)鍵因素，煤層和斷層的堅(jiān)硬程度決定了機(jī)子的磨損問題。對于煤層厚度、多少，要考慮綜掘機(jī)的功率。最后還要考慮設(shè)備的后期維護(hù)和維修問題，是否有這樣的技術(shù)人員，能夠操作這樣的機(jī)型，也至關(guān)重要。

3.3 截齒的選擇問題

選擇截齒我們最要關(guān)注的當(dāng)然是堅(jiān)硬程度，截齒夠堅(jiān)硬，磨損的速度才會減慢，這樣才能有效地掘進(jìn)巷道，加快采煤的速度。當(dāng)然遇到了特別堅(jiān)硬的地方，大于截齒能夠承受的強(qiáng)度，那就應(yīng)該采取放炮的方式行進(jìn)，這個(gè)過程中一定要保護(hù)好截齒，如果損壞了掘進(jìn)機(jī)，維修要耽誤工期，對企業(yè)的效益極為不利。

3.4 臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

臨時(shí)支護(hù)：機(jī)割一個(gè)循環(huán)后，采用頂板打錨桿托鋼筋網(wǎng)或夾木柈作為臨時(shí)支護(hù)，并為下一循環(huán)打超前護(hù)頂錨桿打注頂板錨桿時(shí)必須使用錨桿鉆機(jī)，五花型式打護(hù)頂錨桿，同時(shí)在兩幫各打一根錨桿夾上大柈用以維護(hù)巷幫，打護(hù)頂錨桿時(shí)先頂后幫，由外向里、由有支護(hù)側(cè)向無支護(hù)側(cè)進(jìn)行。護(hù)頂錨桿打注完畢后，打注超前護(hù)頂錨桿，超前護(hù)頂錨桿打在巷道輪廓線上，與巷道軸線成45°～55°夾角。

3.5 永久支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

永久支護(hù)：采用錨桿、36U金屬棚、金屬網(wǎng)、噴砼聯(lián)合支護(hù)，并打錨索補(bǔ)強(qiáng)。

巷道開挖成形后架設(shè)36U金屬棚，金屬棚為圓形，棚后鋪設(shè)金屬網(wǎng)，網(wǎng)后剎2～3層木柈，然后噴砼對巷道封閉，使支護(hù)形成統(tǒng)一整體，最后再打錨索補(bǔ)強(qiáng)。

3.6 設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)

設(shè)備的完好關(guān)系到作業(yè)能否順利進(jìn)行，是工廠進(jìn)行運(yùn)作的核心要點(diǎn)，因此對發(fā)生故障的設(shè)備必須及時(shí)修理，應(yīng)該對維修人員進(jìn)行培訓(xùn)深造，保證他們的專業(yè)性，時(shí)常進(jìn)行演練，來培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富以保障設(shè)備可以及時(shí)投入使用。安全是大事，一定要做好安全的保證，機(jī)械事故絕不允許發(fā)生。另外，這些機(jī)械肯定是要經(jīng)常性流動的，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，要做好安全保護(hù)措施，綜合考慮各個(gè)方面的因素，天氣的好壞、道路交通的狀況等都是應(yīng)當(dāng)考慮的問題。設(shè)計(jì)好設(shè)備的調(diào)度方案，提高機(jī)械設(shè)備的利用率。充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的性能，合理安排施工工藝技術(shù)，培養(yǎng)良好的勞動作業(yè)團(tuán)隊(duì)，引進(jìn)最專業(yè)的技術(shù)，使用好這些設(shè)備，為煤炭業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

4 穿越斷層的錨網(wǎng)支護(hù)研究

4.1 直接破項(xiàng)法

這種方法主要是用于頂板不穩(wěn)定，容易破碎，給支護(hù)工作帶來難度的地方，并且頂板的巖層硬度不能太大，掘進(jìn)機(jī)可以直接破損。另外在掘進(jìn)的過程中，如果出現(xiàn)巷道坡度突然增大，也應(yīng)該采用這種方法。這一方法的實(shí)施為，用掘進(jìn)機(jī)直接將頂板破除，只留下兩邊比較穩(wěn)定的面，然后利用錨網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。這樣可以有效解決頂板塌陷、巷道坡度大的問題。

4.2 退后臥底法

在采礦過程中，遇到斷層，但是保留了頂板的完整性，還比較堅(jiān)固時(shí)，可以對周圍巖石進(jìn)行支護(hù)，然后讓掘進(jìn)機(jī)后退，臥底前進(jìn)，保證斷層巷道中的低位高度與安全技術(shù)要求相符，這一技術(shù)不但保證了斷層頂板的完整性，而且增加了巷道的穩(wěn)定，保證了作業(yè)的安全實(shí)施，是比較好的方法。

4.3 錨桿臨時(shí)加U鋼法

該礦區(qū)中存在較大落差的斷層，這樣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)使得巷道周圍的巖石容易破碎，造成巷道的垮塌，存在極大的安全隱患。這時(shí)會利用U型鋼架進(jìn)行固定支護(hù)，與臨時(shí)的超前支護(hù)、錨桿支護(hù)混合使用，加固時(shí)讓錨桿傾斜45°。預(yù)緊力可以使周圍的巖石變得很穩(wěn)固，當(dāng)錨桿間的距離取得適當(dāng)時(shí)，這個(gè)方法的效果將大大加強(qiáng)。

5 結(jié)語

煤礦的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)對保證煤礦開采過程的安全、提高煤礦開采效率有重要影響，在復(fù)雜地質(zhì)下進(jìn)行掘進(jìn)采煤時(shí)，應(yīng)首先分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后制定相應(yīng)的方案，加強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力。對支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究和創(chuàng)新，在保證安全的前提下提高采煤效率。

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作者簡介：王鐵成（1975-），男，遼寧鐵嶺人，鐵法煤業(yè)集團(tuán)公司大強(qiáng)煤礦有限責(zé)任公司工程師。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）