由于深部的煤層地質(zhì)條件更為復(fù)雜,較大的地壓更容易使巷道變形,并且煤巖也具有較差的穩(wěn)定性,這些深部開采所面臨的復(fù)雜環(huán)境問題僅依靠當(dāng)前的開采技術(shù)仍然無法解決。本文以640m的深部煤層為例,針對其復(fù)雜的地質(zhì)條件,提出該條件下適合的掘進和支護技術(shù)為:短掘短支、機載超前支護和錨網(wǎng)索支護技術(shù)[1]。
工程概況
該煤礦平均傾角為17°,巷道長度為256m,斷面形狀為梯形。煤層掘進時見頂見底,當(dāng)其厚度較低時,要使底板保持水平狀態(tài),則需要進行破底施工。
巷道中部有些區(qū)域形成了厚度為0.5~1.0 m的復(fù)合泥巖頂板,煤層上部為砂質(zhì)泥巖,所以其整體結(jié)構(gòu)比較垮落。深部開采時,煤層賦存較深,巷道壓力較大并發(fā)生明顯變形,因此,增加了巷道掘進施工的難度。
支護難度分析
對掘進難度進行分析。在進行掘進時,主要機械是綜掘機,一個循環(huán)進刀兩次,循環(huán)進尺量最高為1600m。由于巷道內(nèi)礦壓變化劇烈,導(dǎo)致從巷道開口處頂板就開始塌落和離層,偽頂?shù)暮穸瓤梢赃_到0.8m,這種情況下,掘進機一旦進行割煤作業(yè),很容易導(dǎo)致巷道頂板的巖層巖塊發(fā)生脫落,從而使巷道的頂板高低不平,松軟的巷道圍巖還會致片幫的出現(xiàn)。分析當(dāng)前巷道的掘進,發(fā)現(xiàn)施工效率低,且單日的進尺量較小,巷道難以成型。
臨時支護。井下比較常用的臨時支護方式是輕型單體液壓支護,這種支護方式對于較為松軟的煤層來說,無法解決其導(dǎo)致的壓力變化,致使采空區(qū)圍巖具有明顯的壓力變化,臨時支護時,易發(fā)生頂板破碎和離層,影響礦井施工過程的安全。
永久支護。由于巷道本身的圍壓穩(wěn)定性較差,并且偽頂較厚,所以巷道的頂板在短時間內(nèi)很可能出現(xiàn)離層和破碎的情況,而偽頂局部容易出現(xiàn)多次垮落,因此,要實現(xiàn)高效的開采,就必須首先對巷道進行及時、高效的支護。
技術(shù)方案
短掘短支及超前支護
針對當(dāng)前開采煤層的實際情況,使用EBA-132型掘進機進行巷道的掘進,割煤與自行裝煤同時進行??紤]到深部煤層開采時,其頂板壓力會發(fā)生明顯變化,易出現(xiàn)破碎和頂板離層冒頂?shù)那闆r,因此掘進時要短掘短支的方式,減少循環(huán)進尺量到800mm,在割煤時,在兩側(cè)留出足夠的空間,目的是使兩幫的圍巖免遭破壞并保持穩(wěn)定。
進行深部煤巷的掘進時,無論使用哪種掘進方式,冒頂、片幫、控頂距較大或者沒有及時支護等問題都會發(fā)生。所以需要對巷道進行超前支護,目的是對臨時支護進一步強化。包括的支護工藝:第一,在截割部安裝主架和頂梁架,使用液壓傳動手柄對其進行控制,在掘進時,如果需要臨時支護,則可以撥動液壓傳動的手柄至支護檔,之后將液壓泵站打開,注入高壓液至液壓支架內(nèi)。之后安裝鋼帶和網(wǎng)片于支架的頂梁架上位于中線的地方,固定時使用的是磁鐵裝置,采煤機的司機可以通過控制操作手柄,分離主架和頂梁架,放置支架到所需位置。其次,可以進行液控手柄的調(diào)節(jié),使得頂梁上升并到達頂板位置時,巷道的中線與其中線位置相重合,鋼帶和網(wǎng)片被壓實到頂板上,掘進機的護幫板壓到煤壁上。
效果分析
通過以上支護方式及工藝的實際運用,極大地提高了巷道的質(zhì)量及穩(wěn)定性,同時出現(xiàn)冒頂和片幫的概率得到有效降低,掘進施工的效率提高。通過安裝礦壓監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測圍巖壓力的變化,從而驗證支護效果。監(jiān)測時間達到50天左右時,頂板的最大離層值為30mm,離層的最大速率為7mm/d,兩幫的移近量最大為28 mm。巷道兩幫與頂板的偏移總量小于50 mm,兩者的變形速率都低于2mm/d,最終證明該方案較為合理。
分析頂板破碎條件的生產(chǎn)過程,可以得出使用短掘短支技術(shù)進行支護,同時利用掘進機實現(xiàn)超前支護具有很好的效果。頂板由于壓力而下沉?xí)r,使用這一支護方式可以保證掘進過程的安全和高效,最后,通過監(jiān)測證實了這一掘進和支護方案的可行性,同時為同種地質(zhì)條件下進行巷道掘進提供了理論指導(dǎo)。