朱永樂

神華神東煤炭集團(tuán)開拓準(zhǔn)備中心生產(chǎn)辦

在2013年，S1煤礦礦井核定生產(chǎn)能力180萬(wàn)噸/年。該煤礦井田地處西南部，井田傾斜寬度為3.2km，走向長(zhǎng)為4.1km，總面積約為13.4km。根據(jù)測(cè)量顯示，當(dāng)前該煤礦開采深度約為620mm左右，由于該煤礦開采區(qū)的地理環(huán)境較惡劣，容易發(fā)生地質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害事故，這就給煤礦回采的安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是支護(hù)問題[1]。因此，加強(qiáng)煤礦回采巷道支護(hù)工藝的優(yōu)化是當(dāng)前煤礦企業(yè)急需解決的問題，不斷進(jìn)行巷道支護(hù)優(yōu)化，以保證整個(gè)礦井生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行。

一、S1煤礦回采巷道設(shè)計(jì)及支護(hù)現(xiàn)狀分析

為了確保煤礦回采巷道設(shè)計(jì)的比較科學(xué)、合理，一般在煤巷內(nèi)布置三條主巷，而在煤礦工作面主要布置切眼、相關(guān)橫川、運(yùn)順、回順、高抽巷及灌漿巷等，其中，運(yùn)順和回順主要沿著煤層底板進(jìn)行布置；高抽巷主要是布置在煤層頂板上14m左右的巖層中；灌漿巷主要沿著煤層頂板進(jìn)行布置；而切眼、相關(guān)橫川沿著煤層中部布置。該煤礦主采煤層所布置的工作面傾向?qū)挾葹?40mm，走向在1300m～1800m之間。根據(jù)回采的巷道的服務(wù)年限及儲(chǔ)量的不同回采時(shí)間，對(duì)于該煤礦回采巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)，通常選擇錨網(wǎng)索支護(hù)的形式進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，其參數(shù)有：選擇螺紋鋼錨桿和菱形鐵絲網(wǎng)，其規(guī)格分別為φ20×2250mm,1×10m；頂板設(shè)置兩根一組，規(guī)格為φ 15.3×6000mm強(qiáng)力鋼絞線的錨索，托梁為4m長(zhǎng)的12#槽鋼[2]。在煤礦回采期間，由于工作面的采動(dòng)容易造成巷道支護(hù)的破壞，并且在回采過程中都需要對(duì)工作面的巷道進(jìn)行擴(kuò)巷維修，同時(shí)巷道的架棚也需要加強(qiáng)支護(hù)。

然而，在灌漿巷布置中，也遇到了支護(hù)難題。即在回采巷道中工作面的灌漿布置需要與同一個(gè)工作面的回顧之間留設(shè)25m的煤柱，與上一個(gè)工作面的采空區(qū)之間留設(shè)35m的煤柱，由于灌漿巷主要沿著煤層頂板布置，其層位布置較高，給煤層帶來(lái)了一定的壓力，這就要求在工作面回采過程中需要對(duì)巷道全部進(jìn)行擴(kuò)巷維修[3]。因此，針對(duì)煤礦回采巷道中所遇到的支護(hù)難題，加強(qiáng)支護(hù)工藝優(yōu)化是非常有必要的，若反復(fù)進(jìn)行巷道維修，不僅破壞了圍巖的穩(wěn)定性，也降低了巷道的設(shè)計(jì)厚度，長(zhǎng)期以往，則可能發(fā)生微漏風(fēng)的現(xiàn)象。所以，對(duì)于S1煤礦的煤礦回采，其主要通過支護(hù)材料的質(zhì)量來(lái)控制巷道的失修。這樣的支護(hù)方式雖然可以達(dá)到良好的支護(hù)效果，但成本較高，該煤礦就嘗試進(jìn)行巷道支護(hù)工藝的優(yōu)化。

二、煤礦回采巷道支護(hù)優(yōu)化

針對(duì)灌漿巷支護(hù)工藝的優(yōu)化，其主要目的是在不增加成本的前提下來(lái)改善灌漿巷的支護(hù)情況。通過反復(fù)論證，得出灌漿巷支護(hù)工藝方案為[4]：

1、選擇規(guī)格的支護(hù)材料，如錨桿、網(wǎng)采、錨索等，錨桿規(guī)格為φ 20×2250mm的螺紋鋼錨桿，網(wǎng)采規(guī)格為1×10m的菱形鐵絲網(wǎng)；在頂板每盤布置兩根一組的三組組合錨索，其規(guī)格為φ15.3×6000mm的強(qiáng)力鋼絞線，托梁為4m長(zhǎng)的12#槽鋼。

2、巷道布置方式的調(diào)整，通過增加頂角錨桿來(lái)有效解決巷道拱間容易造成破壞、變形的問題，尤其是巷道的圍巖。為了有效控制巷道幫臌現(xiàn)象的發(fā)生，可以在巷道兩幫布置一組排距為1.4m，錨索托梁與水平面之間夾角為50度的錨索。在每排錨桿之間增加規(guī)格為50×200×420木托板的底角錨桿，這樣不僅可以增加巷道的支護(hù)表面積，也可以減少底角巷體壓酥破壞強(qiáng)度。另外，為了提高巷道的支護(hù)強(qiáng)度，通過增加頂?shù)捉清^桿來(lái)解決巷道底角支護(hù)的難題，增加布置的頂?shù)捉清^桿與原來(lái)布置的頂?shù)捉清^桿的間距為0.5m，通過形成巷道的密集支護(hù)區(qū)，其可以達(dá)到良好的支護(hù)效果。

三、應(yīng)用實(shí)例

S1煤礦回采巷道的支護(hù)工藝優(yōu)化，隨著采煤工作的推進(jìn)，巷道壓力較為明顯，導(dǎo)致巷道支架出現(xiàn)鋼梁壓彎、垮落、直接傾倒等現(xiàn)象，因此，對(duì)巷道路支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化具有十分重要的意義。首先需要確定煤礦回采的實(shí)施地點(diǎn)，在新開工掘進(jìn)的214灌漿巷做巷道支護(hù)工藝優(yōu)化的試點(diǎn)，其走向全長(zhǎng)2000m，該試點(diǎn)與上一工作面的空采取留設(shè)35m煤柱，與同一工作面留設(shè)25m煤柱，巷道沿煤層頂板布置。其中，巷道斷面為梯形，上、下寬分別為2.4m、3.6m，高為2.1m，如圖1所示[5]。

圖1 巷道梯形斷面圖

分析工作面的地質(zhì)特點(diǎn)，第一，在地質(zhì)構(gòu)造上，其為樺樹渠背斜，對(duì)煤層厚度的設(shè)計(jì)具有一定影響，由于樺樹渠背斜煤層傾角范圍較大，其東部煤層傾角為4～60，中部為9～120，西部為5～70，這就導(dǎo)致工作面局部可能造成小型斷裂構(gòu)造；第二，分析煤層賦存情況，該巷道主要沿著走向煤層方向，其厚度變化較多，從東至西呈現(xiàn)煤層厚度變薄的趨勢(shì)，工作面平均煤層厚度為13.40m，由于該煤層含夾矸2～5層，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此該工作面煤層中的劣質(zhì)煤較多，平均厚度為1.31m；第三，煤層頂?shù)装?，直接頂板為炭質(zhì)泥巖、泥巖膠結(jié)，斜層理、較松散，容易破碎，平均厚度為12.2m，其下為根土巖，灰褐色泥巖，花斑泥巖，灰褐色泥巖容易破碎，其平均厚度為4.1m，而花斑泥巖為灰紫色，含鋁質(zhì)，平均厚度為4.6m。

分析該煤礦回采巷道支護(hù)工藝優(yōu)化的實(shí)施情況及經(jīng)濟(jì)比較。與214灌漿巷施工前相比，通過對(duì)214灌漿巷的支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在優(yōu)化過程中，均未對(duì)巷道支護(hù)造成破壞。對(duì)于該煤礦回采巷道的施工，施工前，對(duì)施工隊(duì)伍進(jìn)行集中培訓(xùn)，只有確保施工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)得到了提升，才能保證施工人員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)意圖施工，才能保證煤礦回采巷道支護(hù)的施工質(zhì)量。在回采期間，由于該煤礦回采巷道的巷道壓力較明顯，巷道局部出現(xiàn)幫臌、頂板下沉的現(xiàn)象，因此，為了有效解決此類問題，通過對(duì)架棚進(jìn)行加固維護(hù)后，在不增加支護(hù)成本的前提下，以確保了巷道支護(hù)的安全性。該煤礦回采工程主要采用“圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)”的支護(hù)方式，即利用錨桿支護(hù)，采用這樣的支護(hù)方式不僅可以充分發(fā)揮巖體的自身承載力，也可以充分調(diào)動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗力。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，該煤礦工程原灌漿巷每年的支護(hù)成本為1900元/m，人工機(jī)械費(fèi)用為2450元/m，通過對(duì)該煤礦回采巷道進(jìn)行優(yōu)化后，初次投入的支護(hù)成本為2610元/m，在煤礦回采結(jié)束前，該巷道維修成本節(jié)約了3662元/m，通過計(jì)算得出，該煤礦回采支護(hù)工藝優(yōu)化共節(jié)約了732.4萬(wàn)元[6]。總的來(lái)說，該煤礦回采巷道支護(hù)工藝的優(yōu)化是比較成功的。

針對(duì)該煤礦回采巷道支護(hù)工藝優(yōu)化方案，既有效降低了二次維修成本，也降低了因煤礦回采巷道反復(fù)維修所造成的圍堰破壞而嚴(yán)重影響到煤柱的穩(wěn)定性和可靠性。在回采巷道支護(hù)優(yōu)化中，通過對(duì)214灌漿巷進(jìn)行支護(hù)工藝優(yōu)化所取得成功的應(yīng)用，為今后煤礦回采巷道的支護(hù)工藝優(yōu)化提供了一個(gè)新思路。面向社會(huì)發(fā)展對(duì)煤礦井下安全性的要求，在支護(hù)工藝變革中，煤礦回采巷道支護(hù)工藝優(yōu)化的成功應(yīng)用在未來(lái)將得到成功的推廣應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)：

在煤礦生產(chǎn)中，煤礦回采巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)是非常重要的，為了避免因巷道支護(hù)設(shè)計(jì)不到位而影響整合礦井的煤礦生產(chǎn)，就必須針對(duì)當(dāng)前回采巷道支護(hù)出現(xiàn)的問題來(lái)加強(qiáng)支護(hù)優(yōu)化，采用“圍巖—支護(hù)結(jié)構(gòu)”的支護(hù)方式，以保證煤礦井下安全生產(chǎn)。

[1]劉昌龍,胡秦濤,李文庭.下石節(jié)煤礦回采巷道支護(hù)工藝優(yōu)化的成功應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2014,05:44-45.

[2]檀遠(yuǎn)遠(yuǎn).復(fù)雜構(gòu)造帶回采巷道松動(dòng)圈確定與支護(hù)對(duì)策研究[D].安徽理工大學(xué),2009.

[3]陳為高.石溝驛煤礦回采巷道支護(hù)技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué),2012.

[4]李景濤.東榮二礦回采巷道破碎圍巖錨注支護(hù)技術(shù)研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2012.

[5]葛春貴.回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽科技,2009,03:51-53.

[6]杜強(qiáng).柿花田煤礦“三軟”不穩(wěn)定煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué),2013.