破碎煤层巷道掘进及支护技术研究

破碎煤层巷道掘进及支护技术研究

孔庆猛

山东港利矿业有限公司 山东邹城 273500

摘要：随着科学技术的不断创新应用，当前煤巷掘进的技术也在不断更新当中，其中破碎顶板煤巷掘进的支护研究已经成为了当前煤炭掘进的热点。其中需要根据实际的顶板以及煤壁的地质条件进行灵活的掘进，同时也要应用相应的锚杆、锚索支护方式对棚架进行保护，提高安全和采煤的有效性，推动我国煤炭行业的不断发展。

关键词：破碎顶板；煤炭掘进；支护；创新；技术

中图分类号：TD353 文献标识码：A

1 引言

当前，我国煤炭行业开采的深度和广度逐渐增加，并在地质构造复杂的地区进行开采。我国煤炭应用量在不断地加大，使得矿山的压力不断增强，所以当前巷道顶板事故也在不断的发生。受到煤层压力和各方面应力的影响，使得当前采煤巷道支护的选择和维护比较困难，需要通过有效的方式来增加强度。根据现场的施工实践以及对破碎顶板进行分析，保证地下的地质条件与每项的掘进数据相匹配，同时也要进一步提高掘进效率，保证整个施工的安全。

2 顶板破碎原因分析

（1）工作面顶煤稳定性差。由于工作面采用低位放低煤回采工艺，在回采时端面距加大，导致端面空顶处顶煤在支架与工作面煤柱之间形成应力承载梁，而煤层发育不稳定，胶结稳定性差，煤体岩石普氏系数f=2.5,单轴抗压强度K＜30MPa，承载梁承载能力出现切断、破碎现象。（2）煤壁片帮严重。受断层应力、回采压力影响，工作面回采时位于工作面前方一定范围内出现应力集中现象，对工作面煤壁作用力加大，造成煤壁出现剥离破坏，出现片帮现象，通过现场观察发现，煤壁片帮范围位于工作面顶板往下1.5m范围内，煤壁片帮后致使端面空顶距加大，导致端面顶板出现破碎现象。（3）支架支护效果差。由于工作面进入断层应力区，顶板出现破碎现象，造成支架支护效果差，支架初撑力、工作阻力达不到额定值80%，支架顶梁与破碎顶板接触不严实，在移架后支架出现后倾现象，支架前探梁对顶板起到局部支撑作用，顶梁与工作面煤柱对端面处顶板产生剪切破碎，导致端面空顶处顶板破碎现象。

3 巷道的最佳掘进时间

在对巷道进行掘进的过程中，需要选择最佳的掘进时间，在上区段的工作推进过程中，需要将其分为两个阶段，顶板运动的发展分为显著运动阶段和稳定阶段，这两个阶段都有不同的形态。在显著运动阶段中，岩层的支撑力不断变化很多煤层的支撑压力会受到影响，如果不进行保护可能会发生煤层的变形，引发安全事故，不利于巷道的维护。同时，上区段采场老顶垮落后，运动一般是在相对稳定的状态，通过对支撑压力的重新分布，使每一次压力得到保证。此时进行巷道的掘进能够保证其维护效果，所以在上区段进行垮落后对顶板运动阶段进行巷道的掘进是最佳的时间，也能够有效地消除顶板事故隐患，将施工安全问题得到解决。在施工过程中需要灵活的把控施工时间，每个时间阶段内都要进行一定程度的掘进，这样才能在施工时保持良好的支护效果，也对安全性和周围的岩层防止出现破坏。虽然这种方法加大了施工的成本，给支护的难度加大，但从长远的角度看，可以有效地减轻后期的维修量，使采煤的效率大大提高，增加收益。

4 破碎煤层巷道支护技术分析

4.1 注浆加固

第一，注浆设备及浆液配比。（1）注浆设备。采用型号为ZBQS-8.4/12.5气动注浆泵进行注浆施工，注浆压力在3.5~7.0MPa。（2）浆液配比。注浆水灰质量比为1:1.2，水玻璃与水泥浆体积比为1:2，注浆水玻璃浓度控制在20~25Be范围内。第二，注浆工序。注浆钻孔施工完后，将注浆管埋入钻孔内并进行封孔处理，注浆管端头安装流量控制球阀后与注浆软管连接，并将软管另一端与高压注浆泵出浆口连接。将注浆泵吸浆笼头分别插入水玻璃、水泥浆液桶内，开启注浆泵及流量球阀进行高压注浆。第三，注浆压力调节。注浆压力主要通过控制注浆泵供风量实现泵量控制，从而得到注浆压力控制的目的。在注浆前期注浆压力升高相对较慢，可采用大泵量注入，注浆后期压力升高相对较快时，可采用小泵量注入。当注浆压力达到设计值时，维持小泵量注入5min后可停止注浆。

4.2 管棚超前支护

管棚超前支护主要是在工作面煤壁设计顶板位置施工超前支护孔，并安装超前支护，从而对工作面超前应力区进行超前维护，降低应力对顶板、煤柱超前破坏作用。（1）在工作面煤壁设计顶板位置施工一排超前支护钻孔，钻孔垂直煤壁布置，允许垂直角度偏差为±3°，支护钻孔深度为5.0m，直径为42mm，钻孔间距为1.5m。（2）钻孔施工完后在钻孔底部填装三支锚固剂，分别为一支MSKC23/38型，两支MSK23/80型，并填装直径为28mm中空圆钢，圆钢每节长度为1.2m，相邻两节圆钢采用丝扣连接，每个钻孔共计安装4根圆钢。（3）圆钢安装后采用手持式钻机进行锚固预紧，预紧力不得低于200N•m，为了保证超前圆钢支护安装稳定，在每2根圆钢外露端采用长度为1.8m槽钢及锚杆与顶板进行固定。（4）当第一排管棚超前支护施工完后且工作面回采长度达4.0m时，施工第二排管棚超前支护，相邻两排管棚支护交错叠加布置，叠加距离为1.0m，依次类推直至工作面完全过破碎带。

4.3 锚杆支护

在对巷道支护形式进行选择时，需要保证其支护形式与实际的煤层分布情况相符合，通过对参数的合理选择，能够保证巷道支护的效果，使其达到安全生产的要求。与传统的支护形式相比，锚杆支护是当前经常运用的一种支护方式，其技术性和经济性都比较明显。锚杆支护可以利用周围的岩层增强承载能力将承载体的综合能力进行有效的保证。一般棚式支护是属于被动支护，这种方式的阻力比较小，在周围发生变形时不能达到很好的支护效果，而通过锚杆支护方式能够化被动为主动，在出现变形之前，有效地对其状况进行改善，也能够保持巷道周围的长期稳定。一般在相同的地质条件下，通过锚杆支护的方式能够对周围的压力进行抵消，同时也能够根据变化规律来有效的设计，对整个支护系统的工作情况进行了解，能够保证施工质量和施工效率。对于顶板松软破碎，变形量很大，与树脂的粘结力较小的情况，过去常采用普通螺纹钢锚杆时，由于锚固力小，约束围岩变形能力差，因而顶板离层、位移量大，甚至发生冒顶事故，因此必须加以改进。理论和实践均证明，高强度、超高强度全长树脂锚固锚杆支护系统是行之有效的。

5 结束语

综上所述，掘进工作需要全面系统安全，对于破碎顶板煤巷进行掘进的过程中，需要灵活的选择支护形式，通过对当前的地质情况和自然条件的综合分析来对破碎顶板和煤壁较软的地质采用锚杆和锚索支护的方法，保证施工的安全和全面性。这样能够明显的降低顶板的事故，使得安全生产目标得到进一步的实现。

参考文献：

[1] 申继伟,琚红波.松软破碎煤层巷道掘进和支护施工技术研究[J].煤,2017,26(05):38-39.

[2] 郑建彬. 近距离煤层开采影响下软弱煤层巷道支护技术研究[D].中国矿业大学,2016.

[3] 刘志炜.浅析松软破碎煤层巷道掘进和支护施工技术[J].技术与市场,2015,22(09):104+106.

[4] 张明禄,梁雷,张新过,雷喜良.松软破碎煤层巷道掘进与支护技术研究[J].煤炭工程,2015,47(06):43-45.

[5] 范世兴. 高密陷落柱矿区松软破碎煤层巷道失稳破坏机理及控制研究[D].辽宁工程技术大学,2014.