不连沟煤矿顺槽巷道煤体片帮防治研究

乔元栋，刘磊磊

（1.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003，

2.中国华电内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯010300）

不连沟煤矿顺槽巷道煤体片帮防治研究

乔元栋1，刘磊磊2

（1.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 037003，

2.中国华电内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯010300）

不连沟矿井在F6103工作面辅助运输顺槽掘进期间，巷道两壁发生片帮，片帮深度达0.6～1.6m，使巷道超出原设计断面净宽2.6m，成为不连沟煤矿最大的危险源之一。针对该矿存在的影响煤矿安全生产的片帮灾害问题，结合周边矿井冒顶事故进行了原因分析，提出不连沟矿巷道掘进期间煤体片帮的治理依据。

运输顺槽；应力集中；煤巷片帮；锚杆支护

1 矿井地质概况

不连沟井田位于准格尔煤田最北部，准格尔旗东孔兑乡，隶属蒙泰不连沟煤业有限责任公司。

矿井设计生产能力1 000万吨/年。全井田设二个水平六个盘区，一水平井底位于6#煤底板，分三个盘区生产；二水平井底位于9#煤底板，分三个盘区生产。工作面采用长壁采煤法，全部冒落法管理顶板。

准格尔煤田大地构造位置属华北地台鄂尔多斯台向斜的东北缘，煤田总的构造轮廓为-东部隆起、西部坳陷，走向近S-N，向W倾斜的单斜构造。井田南北最长处7.97 km，东西最宽处5.72 km，面积33.114 km2。煤层埋藏深度在200 m以下，含煤地层为厚约200 m的石炭二叠系，自上而下含有9层煤，其中含可采6层。二叠系山西组含有局部可采5#煤层；石炭系太原组可采煤层5层，除6#上和6#下煤层为局部可采外，6#上，9#上，9#煤层为全区可采或大部可采，煤层厚度变化大。井田内地层为向SWW倾斜的单斜构造，总体产状平缓，在单斜基础上发育有宽缓的波状褶皱起伏，地层倾角一般3～8°。井田内钻探发现落差20m以上的正断层4条，中、小断层较发育，煤层节理发育。煤质牌号为长焰煤，属二氧化碳氮气带、低瓦斯矿井。主要可采煤层为易自燃煤，煤尘有爆炸的危险性，无地温异常。井下巷道揭露的煤层及顶板破碎严重，顺槽掘进期间经常发生片帮现象。

2 巷道掘进期间片帮影响因素

2.1 地质构造影响

1）煤体破碎，裂隙极其发育。辅助运输顺槽在6#煤层中掘进，掘进迎头发现走向南北，落差0.6 m以下的多条小断层，且煤层节理发育，煤体结构破碎，断裂面多与巷道掘进方向正交或斜交。断裂构造密集带附近煤体的正常的水平层理被密集的裂隙掩盖，裂隙面多呈垂直方向或与巷道顶板大角度相交的密集节理，现场称滑面。煤层节理发育导致掘进施工中巷道两帮的稳定性时好时坏，极易发生片帮。

2）主要可采6#煤层厚度6.25～35.50m，平均16.54m，全井田可采。在6#煤层底板之上约4.5m含有厚约0.4 m分布较稳定的泥岩夹矸层，矸石层裂隙发育非常破碎，破裂面基本垂直板。F6103工作面辅助运输顺槽巷道设计沿6#煤层底板掘进，故此破碎的夹矸层始终同巷道平行。

2.2 巷道掘进过程中发生煤层爆帮的影响

现场发现在综掘机切割煤体过程中煤爆现象十分剧烈，在一个正规循环掘进完成后，约30分钟的时间段内还会发生爆帮，但强度及频率相对低些。当巷道掘进进行下一个正规循环过程中煤爆现象会再次出现，其强度及频率也呈有规律的强弱变化。现场观察发现，巷道开挖后的煤帮不进行及时支护而发生爆帮，其片帮深度多数不会超过0.3～0.4 m左右。在一个正规循环掘完之后立即对两帮进行有效的支护，巷道掘进二次扩帮时产生再次片帮的现象能够有效抑制。

2.3 支护效果的影响

运输顺槽顶部设计采用每排两根Φ15.24× 8 000 mm锚索，要求使用钢带配合钢筋梯子梁加强支护，顶帮部位采用Φ22×2 400 mm的左旋等强锚杆，两帮采用钢带以增强其两帮的支护强度[1]。工程实际使用了Φ18×2 400mm的左旋等强锚杆，两帮后来也改进采用了全螺纹Φ18×2 400mm高强度锚杆，并且顶板支护中加大了支护密度，每排两根锚索改为每排3根锚索，与原设计相比缺少采用钢筋梯子梁，帮部没有采用钢带。根据目前实际生产中的顶板支护情况来看，顶部的支护强度能够满足当前需要，但贴近工作面的顺槽正帮侧片帮现象严重，锚杆不能保证对巷帮有效支护，达不到设计要求。尽管采取了加强监测、监控及质量控制手段，尤其是加强对失效锚杆要求补打的管理力度，增加了木托板，并加大了木托板的尺寸（改300mm ×30mm为300mm×500mm），以增加对帮部的有效支护，但收效甚微。

2.4 掘进与支护不能合理衔接的影响

其主要表现在综掘机司机一方面想少循环多掘进，即过分追求单掘进尺，而忽视了支护质量及效果，具体在切割头进刀方式及进刀量及适当减少截割净宽度上掌握不好，掘进与支护不能在短时间内合理衔接。

3 巷道片帮应对策略与技术

3.1 优化巷道支护参数

目前采用的支护方式尽管已经进一步进行了规范，相比增加了顶板锚索的支护数量，顶板整体性较好，暂无顶板离层、顶板破碎现象发生。今后施工中如遇顶板发生裂缝、离层、锚索锁头退出现象时，必须立即采取加强支护措施，可进一步考虑顶板支护增加钢筋梯子梁、加大锚杆直径，加大锚杆托盘、甚至减小锚杆、锚索间排距等方式进行加强支护。帮部目前采用了Φ18×2 400 mm的锚杆，采用两个中螺母防止出现退锚现象。同时改变目前的塑料网片为金属网片，因为两者相比，金属网强度好，塑料网韧性好，在初步发生煤爆后金属网的高强度和钢性相比塑料网在有效控制二次爆帮上效果要好一些，可减少片帮向深度发展。如果还不能有效控制片帮向纵深处发展时，可进一步考虑使用平钢带，并及时采取喷浆支护封闭煤体，并减少煤体因风化作用降低对两帮的支护强度[2]。

3.2 采取因地制宜特殊支护

在遇到断层较大、顶板破碎较为严重等特殊地段掘进巷道时，必须加强支护[3]。在原来正常情况下设计的支护基础上要进一步补强支护。例如，在遇断层破碎带处要求采用工字钢棚加强支护，当巷道顶板出现小范围冒落时可作成半圆拱或者微拱形，并补打钢带、加长锚索、加密支护等办法防止出现冒顶范围扩大，必要时采用架棚等被动支护控制顶板。

3.3 加强地质超前预报工作

矿井地质工作者要做好地质构造的超前预测预报，指导施工单位安全快速掘进。过小断层或破碎带时要及时再预报，提醒掘进施工人员引起足够的重视。积极引进先进的矿井地质探测设备，开展地质保障研究，为煤矿安全高效生产服务。

3.4 加强顶板离层监测与资料分析。

进一步加强已掘成巷道的顶板离层观测[4]，施工单位严格按要求、按标准及时随掘进进度安装顶板离层观测仪，安排专人进行管理、及时观测，作到现场、台帐、记录三对照分析，发现离层超限，及时采取加强支护措施，严防事故发生。

3.5 严格控制综掘施工及支护工序管理

施工单位认真分析总结针对本煤层赋存情况行之有效的施工工艺，合理控制一次掘进时巷道宽度，巷道片帮时要求可在巷道肩窝处缩小宽度（肩窝处净宽达到5.3m时即可）并自然圆弧过渡。掘进工程要按照“小循环、分台阶、导硐法”施工[5]，同时要求施工单位在巷道掘进时严格按煤层底板施工，尽可能将距煤层底板约4.5 m位置的夹矸层控制在顶板以上0.6 m以上范围施工。严禁将该夹矸层做为直接顶板或留设在巷道掘进断面肩窝位置施工。煤层顶板出现滑面时要求监理及时按照巷道冒落后的轮廓线及时补打锚杆，片帮后宽度超过0.3 m时必须在顶板上补打锚杆加强支护。同时要求锚杆失效时必须立即补打。

煤层爆帮是巷道掘进过程中因为煤层整体结构性发生破坏煤体应力释放，内部应力重新形成一个新的平衡的过程[6]。应对片帮最有效的只有短掘短支，即在第一次发生煤层爆帮过后，在最短时间内及时打上完好的锚杆支护，使其起到预应力锚杆的作用，尽可能在第二次发生煤体爆帮之前能对两帮有效支护，有起到抑制片帮向纵深发展的作用。

4 结语

不连沟矿位于准格尔煤田北部，由于受阴山构造带的影响，煤层被挤压，节理裂隙极其发育。由于区域应力集中，当巷道掘进时极易发生应力释放而片帮、煤爆。全面分析和预测工作面辅助运输顺槽掘进期间，发生片帮、煤爆的实际，提出预防和避免灾害的有针对性的技术举措，为保证煤矿安全高效掘进与生产提供依据。

[1]潘睿.采动压力下相邻区段回风巷道片帮控制[J].矿山压力与顶板管理，2002，19（3）：8-10.

[2]王厚良.防片帮网在刘庄煤矿西区软岩架棚巷道中的应用[J].煤炭技术，2008，27（2）：24-26.

[3]孙占成.综放开采动压影响破碎巷道围岩加固控制技术研究[J].山西大同大学学报：自然科学版，2011，27（6）：61-64.

[4]窦红平.综放工作面松软破碎煤体防片帮冒顶技术探讨[J].能源技术与管理，2010（2）：59-61.

[5]施德军，肖青林，马国臣.卸压支护及锚带加强支护技术在架棚支护巷道的应用[J].煤炭技术，2008，27（2）：63-65.

[6]程伟.松软厚煤层巷道围岩稳定原理与控制技术研究[J].煤炭科技，2010（2）：4-6.

〔责任编辑 石白云〕

Prevention Research of Coal body Rib Spalling of Headentry in Bu Liangou Coal M ine

QIAO Yuan-dong1，LIU Lei-lei2
（1.School of Coal Engineering，ShanxiDatong University，Datong Shanxi，037003；2.Bu Liangou Coal Company ofMengtai，Erdos Inner Mongolia，010300）

When auxiliary transportation crossheading of F6103 working face was tunneling，it occurred the phenomenon of two sloughing.The sloughing＇s depth ranged from 0.6m to 1.6m.The clear width exceeded in normal level by 2.6m.it has become one of the biggesthazards in Bu Liangou CoalMine.As to the coalmine＇s existent problems，the essay analyzed reason combing with the the periphery of the coalmine roof fall accidentand put forward the solutions basis to treat sloughing.

transportation crossheading；stress concentration；sloughing；anchor rod

R392.12

A

1674-0874（2012）03-0070-02

2011-12-20

乔元栋（1978-），男，大同浑源人，在读博士，讲师，研究方向：煤矿开采与矿山压力。