喬元棟，劉磊磊

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003，

2.中國華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

不連溝煤礦順槽巷道煤體片幫防治研究

喬元棟1，劉磊磊2

（1.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同 037003，

2.中國華電內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

不連溝礦井在F6103工作面輔助運輸順槽掘進期間，巷道兩壁發(fā)生片幫，片幫深度達0.6～1.6m，使巷道超出原設(shè)計斷面凈寬2.6m，成為不連溝煤礦最大的危險源之一。針對該礦存在的影響煤礦安全生產(chǎn)的片幫災(zāi)害問題，結(jié)合周邊礦井冒頂事故進行了原因分析，提出不連溝礦巷道掘進期間煤體片幫的治理依據(jù)。

運輸順槽；應(yīng)力集中；煤巷片幫；錨桿支護

1 礦井地質(zhì)概況

不連溝井田位于準(zhǔn)格爾煤田最北部，準(zhǔn)格爾旗東孔兌鄉(xiāng)，隸屬蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司。

礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1 000萬噸/年。全井田設(shè)二個水平六個盤區(qū)，一水平井底位于6#煤底板，分三個盤區(qū)生產(chǎn)；二水平井底位于9#煤底板，分三個盤區(qū)生產(chǎn)。工作面采用長壁采煤法，全部冒落法管理頂板。

準(zhǔn)格爾煤田大地構(gòu)造位置屬華北地臺鄂爾多斯臺向斜的東北緣，煤田總的構(gòu)造輪廓為-東部隆起、西部坳陷，走向近S-N，向W傾斜的單斜構(gòu)造。井田南北最長處7.97 km，東西最寬處5.72 km，面積33.114 km2。煤層埋藏深度在200 m以下，含煤地層為厚約200 m的石炭二疊系，自上而下含有9層煤，其中含可采6層。二疊系山西組含有局部可采5#煤層；石炭系太原組可采煤層5層，除6#上和6#下煤層為局部可采外，6#上，9#上，9#煤層為全區(qū)可采或大部可采，煤層厚度變化大。井田內(nèi)地層為向SWW傾斜的單斜構(gòu)造，總體產(chǎn)狀平緩，在單斜基礎(chǔ)上發(fā)育有寬緩的波狀褶皺起伏，地層傾角一般3～8°。井田內(nèi)鉆探發(fā)現(xiàn)落差20m以上的正斷層4條，中、小斷層較發(fā)育，煤層節(jié)理發(fā)育。煤質(zhì)牌號為長焰煤，屬二氧化碳氮氣帶、低瓦斯礦井。主要可采煤層為易自燃煤，煤塵有爆炸的危險性，無地溫異常。井下巷道揭露的煤層及頂板破碎嚴(yán)重，順槽掘進期間經(jīng)常發(fā)生片幫現(xiàn)象。

2 巷道掘進期間片幫影響因素

2.1 地質(zhì)構(gòu)造影響

1）煤體破碎，裂隙極其發(fā)育。輔助運輸順槽在6#煤層中掘進，掘進迎頭發(fā)現(xiàn)走向南北，落差0.6 m以下的多條小斷層，且煤層節(jié)理發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)破碎，斷裂面多與巷道掘進方向正交或斜交。斷裂構(gòu)造密集帶附近煤體的正常的水平層理被密集的裂隙掩蓋，裂隙面多呈垂直方向或與巷道頂板大角度相交的密集節(jié)理，現(xiàn)場稱滑面。煤層節(jié)理發(fā)育導(dǎo)致掘進施工中巷道兩幫的穩(wěn)定性時好時壞，極易發(fā)生片幫。

2）主要可采6#煤層厚度6.25～35.50m，平均16.54m，全井田可采。在6#煤層底板之上約4.5m含有厚約0.4 m分布較穩(wěn)定的泥巖夾矸層，矸石層裂隙發(fā)育非常破碎，破裂面基本垂直板。F6103工作面輔助運輸順槽巷道設(shè)計沿6#煤層底板掘進，故此破碎的夾矸層始終同巷道平行。

2.2 巷道掘進過程中發(fā)生煤層爆幫的影響

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)在綜掘機切割煤體過程中煤爆現(xiàn)象十分劇烈，在一個正規(guī)循環(huán)掘進完成后，約30分鐘的時間段內(nèi)還會發(fā)生爆幫，但強度及頻率相對低些。當(dāng)巷道掘進進行下一個正規(guī)循環(huán)過程中煤爆現(xiàn)象會再次出現(xiàn)，其強度及頻率也呈有規(guī)律的強弱變化?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道開挖后的煤幫不進行及時支護而發(fā)生爆幫，其片幫深度多數(shù)不會超過0.3～0.4 m左右。在一個正規(guī)循環(huán)掘完之后立即對兩幫進行有效的支護，巷道掘進二次擴幫時產(chǎn)生再次片幫的現(xiàn)象能夠有效抑制。

2.3 支護效果的影響

運輸順槽頂部設(shè)計采用每排兩根Φ15.24× 8 000 mm錨索，要求使用鋼帶配合鋼筋梯子梁加強支護，頂幫部位采用Φ22×2 400 mm的左旋等強錨桿，兩幫采用鋼帶以增強其兩幫的支護強度[1]。工程實際使用了Φ18×2 400mm的左旋等強錨桿，兩幫后來也改進采用了全螺紋Φ18×2 400mm高強度錨桿，并且頂板支護中加大了支護密度，每排兩根錨索改為每排3根錨索，與原設(shè)計相比缺少采用鋼筋梯子梁，幫部沒有采用鋼帶。根據(jù)目前實際生產(chǎn)中的頂板支護情況來看，頂部的支護強度能夠滿足當(dāng)前需要，但貼近工作面的順槽正幫側(cè)片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，錨桿不能保證對巷幫有效支護，達不到設(shè)計要求。盡管采取了加強監(jiān)測、監(jiān)控及質(zhì)量控制手段，尤其是加強對失效錨桿要求補打的管理力度，增加了木托板，并加大了木托板的尺寸（改300mm ×30mm為300mm×500mm），以增加對幫部的有效支護，但收效甚微。

2.4 掘進與支護不能合理銜接的影響

其主要表現(xiàn)在綜掘機司機一方面想少循環(huán)多掘進，即過分追求單掘進尺，而忽視了支護質(zhì)量及效果，具體在切割頭進刀方式及進刀量及適當(dāng)減少截割凈寬度上掌握不好，掘進與支護不能在短時間內(nèi)合理銜接。

3 巷道片幫應(yīng)對策略與技術(shù)

3.1 優(yōu)化巷道支護參數(shù)

目前采用的支護方式盡管已經(jīng)進一步進行了規(guī)范，相比增加了頂板錨索的支護數(shù)量，頂板整體性較好，暫無頂板離層、頂板破碎現(xiàn)象發(fā)生。今后施工中如遇頂板發(fā)生裂縫、離層、錨索鎖頭退出現(xiàn)象時，必須立即采取加強支護措施，可進一步考慮頂板支護增加鋼筋梯子梁、加大錨桿直徑，加大錨桿托盤、甚至減小錨桿、錨索間排距等方式進行加強支護。幫部目前采用了Φ18×2 400 mm的錨桿，采用兩個中螺母防止出現(xiàn)退錨現(xiàn)象。同時改變目前的塑料網(wǎng)片為金屬網(wǎng)片，因為兩者相比，金屬網(wǎng)強度好，塑料網(wǎng)韌性好，在初步發(fā)生煤爆后金屬網(wǎng)的高強度和鋼性相比塑料網(wǎng)在有效控制二次爆幫上效果要好一些，可減少片幫向深度發(fā)展。如果還不能有效控制片幫向縱深處發(fā)展時，可進一步考慮使用平鋼帶，并及時采取噴漿支護封閉煤體，并減少煤體因風(fēng)化作用降低對兩幫的支護強度[2]。

3.2 采取因地制宜特殊支護

在遇到斷層較大、頂板破碎較為嚴(yán)重等特殊地段掘進巷道時，必須加強支護[3]。在原來正常情況下設(shè)計的支護基礎(chǔ)上要進一步補強支護。例如，在遇斷層破碎帶處要求采用工字鋼棚加強支護，當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)小范圍冒落時可作成半圓拱或者微拱形，并補打鋼帶、加長錨索、加密支護等辦法防止出現(xiàn)冒頂范圍擴大，必要時采用架棚等被動支護控制頂板。

3.3 加強地質(zhì)超前預(yù)報工作

礦井地質(zhì)工作者要做好地質(zhì)構(gòu)造的超前預(yù)測預(yù)報，指導(dǎo)施工單位安全快速掘進。過小斷層或破碎帶時要及時再預(yù)報，提醒掘進施工人員引起足夠的重視。積極引進先進的礦井地質(zhì)探測設(shè)備，開展地質(zhì)保障研究，為煤礦安全高效生產(chǎn)服務(wù)。

3.4 加強頂板離層監(jiān)測與資料分析。

進一步加強已掘成巷道的頂板離層觀測[4]，施工單位嚴(yán)格按要求、按標(biāo)準(zhǔn)及時隨掘進進度安裝頂板離層觀測儀，安排專人進行管理、及時觀測，作到現(xiàn)場、臺帳、記錄三對照分析，發(fā)現(xiàn)離層超限，及時采取加強支護措施，嚴(yán)防事故發(fā)生。

3.5 嚴(yán)格控制綜掘施工及支護工序管理

施工單位認(rèn)真分析總結(jié)針對本煤層賦存情況行之有效的施工工藝，合理控制一次掘進時巷道寬度，巷道片幫時要求可在巷道肩窩處縮小寬度（肩窩處凈寬達到5.3m時即可）并自然圓弧過渡。掘進工程要按照“小循環(huán)、分臺階、導(dǎo)硐法”施工[5]，同時要求施工單位在巷道掘進時嚴(yán)格按煤層底板施工，盡可能將距煤層底板約4.5 m位置的夾矸層控制在頂板以上0.6 m以上范圍施工。嚴(yán)禁將該夾矸層做為直接頂板或留設(shè)在巷道掘進斷面肩窩位置施工。煤層頂板出現(xiàn)滑面時要求監(jiān)理及時按照巷道冒落后的輪廓線及時補打錨桿，片幫后寬度超過0.3 m時必須在頂板上補打錨桿加強支護。同時要求錨桿失效時必須立即補打。

煤層爆幫是巷道掘進過程中因為煤層整體結(jié)構(gòu)性發(fā)生破壞煤體應(yīng)力釋放，內(nèi)部應(yīng)力重新形成一個新的平衡的過程[6]。應(yīng)對片幫最有效的只有短掘短支，即在第一次發(fā)生煤層爆幫過后，在最短時間內(nèi)及時打上完好的錨桿支護，使其起到預(yù)應(yīng)力錨桿的作用，盡可能在第二次發(fā)生煤體爆幫之前能對兩幫有效支護，有起到抑制片幫向縱深發(fā)展的作用。

4 結(jié)語

不連溝礦位于準(zhǔn)格爾煤田北部，由于受陰山構(gòu)造帶的影響，煤層被擠壓，節(jié)理裂隙極其發(fā)育。由于區(qū)域應(yīng)力集中，當(dāng)巷道掘進時極易發(fā)生應(yīng)力釋放而片幫、煤爆。全面分析和預(yù)測工作面輔助運輸順槽掘進期間，發(fā)生片幫、煤爆的實際，提出預(yù)防和避免災(zāi)害的有針對性的技術(shù)舉措，為保證煤礦安全高效掘進與生產(chǎn)提供依據(jù)。

[1]潘睿.采動壓力下相鄰區(qū)段回風(fēng)巷道片幫控制[J].礦山壓力與頂板管理，2002，19（3）：8-10.

[2]王厚良.防片幫網(wǎng)在劉莊煤礦西區(qū)軟巖架棚巷道中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27（2）：24-26.

[3]孫占成.綜放開采動壓影響破碎巷道圍巖加固控制技術(shù)研究[J].山西大同大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，27（6）：61-64.

[4]竇紅平.綜放工作面松軟破碎煤體防片幫冒頂技術(shù)探討[J].能源技術(shù)與管理，2010（2）：59-61.

[5]施德軍，肖青林，馬國臣.卸壓支護及錨帶加強支護技術(shù)在架棚支護巷道的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27（2）：63-65.

[6]程偉.松軟厚煤層巷道圍巖穩(wěn)定原理與控制技術(shù)研究[J].煤炭科技，2010（2）：4-6.

〔責(zé)任編輯 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

喬元棟（1978-），男，大同渾源人，在讀博士，講師，研究方向：煤礦開采與礦山壓力。