偃龙矿区“三软”煤层技术研究革新

段乐乐 薛子祺 谢军峰

摘 要：为克服“三软”煤层煤体胶结度低、易粉碎，煤巷压力大、来压快的不利条件，通过研究与实施煤巷掘进超前注水工艺，成功地实现了安全、高效掘进煤巷的目的。在开采“三软”煤层特殊巷道布置条件下，针对“三软”煤层交岔点和大跨度岩巷交岔点矿压大、支护难的问题，分别提出“U36钢棚+穿梁”、“锚网喷+异形U36钢棚+锚索梁+壁后注浆”联合支护的方式来给予解决，最终达到安全、稳定的支护效果。

关键词：“三软”煤层 超前注水工艺 交岔点 联合支护

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-038-02

1 概况

“三软”煤层，是指煤层软、顶板软和底板也软的煤层。煤巷掘进过程中，易发生冒顶，同时也会造成支护设备刚度降低，导致顶板的过度下沉、巷帮的极度变形，给煤巷的掘进带来很大的难度。如何在“三软”煤层中安全掘进，是一个比较棘手的问题。通过研究并实施超前注水工艺，并对煤巷超前注水，有效的解决了“三软”煤层煤巷掘进难的问题，此工艺开创了“三软”煤层安全掘进的先河。在“多上设备、少上人”理念的带领下，大型设备需求越来越多，这就促使增加井煤巷和岩巷交岔点断面宽度和高度，通过对“三软”煤层交岔点支护进行研究，提出煤巷交岔点“U36钢棚+穿梁”法、岩巷交岔点“锚网喷+异形U36钢棚+锚索梁+壁后注浆”联合支护法，从而优化了巷道支护，最终达到了大断面巷道合理安全支护的目的。

2 注水工艺研究

偃龙矿区煤层平均厚度为4.42m，煤层较稳定，煤层走向近东西，倾向北；煤层为缓倾斜煤层，倾角为15啊？0？平均倾角17啊C翰闶芑乖煊跋欤橹杷桑慷鹊停帐嫌捕认凳∮？.3，回采时煤层易冒落、片帮。通过研究，对煤巷顺槽煤层实施了超前煤层注水的工艺。

2.1 注水后支护设备变形观测

历经一个月，通过观测数据可以得出，注水U型钢棚相对于普通U型钢棚，总体支护效果有所提高。具体体现在在相同时间、相同围压下，注水U型钢棚的总宽比普通U型钢棚总宽变形量小，比普通U型钢棚总宽宽450mm（平均），注水U型钢棚的观测点高度比普通U型钢棚高度变形量小，比普通U型钢棚总高高310mm（平均）。注水段在观测期间返修1次，普通U型钢棚在观测期间返修2～3次，注水后煤巷总体上至少可节省1次返修量。

2.2 经济效益分析

煤巷顺槽注水段相比未注水段可减少1次巷道返修量。按照维修单价为3300元/m，假设每段顺槽按200m计算，在巷道少返修一遍的情况下，那么1个月可节约维修费用：

3300元/m？00m=660000元=66万元。

全矿煤巷掘进同时按4条巷道计算，每月全矿可节省：66万元？=264万元。

3 “三软”煤层特殊煤巷交岔点支护研究

3.1 “三软”煤层煤巷交岔点支护参数

“三软”煤层煤巷交岔点支护设备采用U36型钢棚支架，支架上部为半圆拱，下部为梯形，半圆拱半径为2100m。巷道设计净宽（拱基线处）4200mm，下宽4400mm，净高3000mm，柱窝深200mm，内扎角85埃锏谰欢厦？0.8m2；掘进宽度（拱基线处）4600mm，掘进高度3400mm，掘进断面积12.3m2。

3.2 施工工艺流程

（1）架设4200mmU36型钢支架（1～2号棚），U型钢对棚，棚距200mm。

（2）架设4200mmU36型钢支架（3～5号棚），U型钢单棚，棚距500mm。

（3）架设4200mmU36型钢支架（6～7号棚），U型钢对棚，棚距200mm。

（4）架设4200mmU36型钢支架（8～10号棚），U型钢单棚，棚距500mm。

（5）架设4200mmU36型钢支架（11～12号棚），U型钢对棚，棚距200mm。

（6）以此向北架设7架4200mmU36型钢支架，U型钢单棚，棚距500mm，此空间作为支护材料存放处。

（7）回撤4200mmU36型钢支架（3～5号棚），U型钢单棚，棚距500mm，由南向北逐一回撤。

（8）逐一架设U36型钢加工制成的2500mm穿梁（1～7号穿梁）。

（9）回撤4200mmU36型钢支架（8～10号棚），U型钢单棚，棚距500mm，由南向北逐一回撤。

（10）逐一架设U36型钢加工制成的2500 mm穿梁（8～14号穿梁）。详见图1。

4 岩巷大跨度交岔点支护研究

2204轨道岩石集中巷车场交岔点为满足铺设胶带输送机以及车场运输要求，巷道最大宽度需要为9500mm，向西8m处巷道宽度需要为5520mm，此段岩巷交岔点支护为永久性支护，支护方式为大跨度“锚网喷+异形U36钢棚+锚索梁+壁后注浆”联合支护。详见图2。

图2 大跨度交岔点“锚网喷+U36异形钢棚+锚索梁+壁后注浆”联合支护示意图

4.1 架异形U36钢棚支护

此交岔点段，共架设异形棚19架，从牛鼻子尖向西依次为2架宽9500mm异形U36钢棚、2架宽9000mm异形U36钢棚、2架宽8500mm异形U36钢棚、2架宽8000mm异形U36钢棚、2架宽7400mm异形U36钢棚、2架宽6900mm异形U36钢棚、2架宽6500mm异形U36钢棚、2架宽6020mm异形U36钢棚、2架宽5520mm异形U36钢棚，钢棚高度以此递减。详见图3。

4.2 锚索梁支护

架棚后在此段顶部打设7根3m长、2根3.5m长U型钢锚索梁，每根锚索梁连接2根锚索，共打设18根锚索，锚索梁延巷道走向布置，间排距为2000mm。

4.3 壁后注浆支护参数

注浆锚杆为直径1吋DN25镀锌钢管，长度1800mm，钢管壁厚3mm。注浆锚杆布置在巷道两帮及顶部，沿巷道底板向上700mm两帮各一根，向上2500mm各一根，向上3400mm各自一根，间排距为2000mm；注浆材料为水和水泥，配合比水：水泥=1：0.5～0.75（质量比），注浆锚杆终压保持在0.6MPa～0.9MPa。

5 结语

实践证明，在煤层中通过超前注水，可以提高煤体的内聚力和增大煤体的内摩擦角，进而减少掘进煤巷的塑形区范围，同时还可以增加煤体的粘结性、改善煤体的承载结构，起到湿润煤体降低煤尘的作用。有效地克服了煤层胶结度低、易粉碎，煤巷压力大、来压快的不利客观条件，成功地实现了安全、高效掘进煤巷的目的；架棚→拆棚→架设穿梁的煤巷交岔点支护技术，是偃龙矿区“三软”煤层中煤巷交岔点的一项巨大技术创新，大跨度交岔点联合支护的方式，在“三软”煤层软岩巷道首次应用，并发挥了其巨大的支护效果，获得了支护技术上的革新。以上革新在偃龙矿区“三软”煤层极具推广价值。

参考文献：

[1] 孟宪锐，徐永勇，刘环宇.难采煤层的分类标准与定量化研究[J].煤炭学报，2000（4）：348-351.

[2] 唐陆兵.义煤集团义安矿业煤层注水显成效[N].中国矿业报，2010.

[3] 秦永洋，殷世荣，张贵.煤巷U型钢交岔点支护在采区中的创新设计[A].矿山建设工程新进展——2007全国矿山建设学术会议文集[C].2007.

[4] 任福.锚喷支护交岔点设计的改进[J].煤炭工程，1982（11）.

[5] 孔德慧.大断面交岔点巷道顶板加固技术[A].矿山建设工程新进展[C].2006.