薄基巖淺埋煤層末采頂板下沉探索分析

董 浩，李 勇，劉繼德

（北京天地華泰采礦工程技術有限公司，北京100013）

薄基巖淺埋煤層末采頂板下沉探索分析

董 浩，李 勇，劉繼德

（北京天地華泰采礦工程技術有限公司，北京100013）

針對42-09工作面在末采回撤過程中，主回撤通道頂板來壓、3號聯(lián)以東180m范圍內(nèi)垛式支架卸載、單體液壓支柱鉆底、幫錨桿崩斷、幫網(wǎng)崩裂、頂板沿非采幫煤壁切落等一些列問題，進行了分析和探討，期對薄基巖淺埋煤層末采主回撤通道支護設計及相關技術人員有所幫助。

末采；回撤通道；支護；薄基巖；淺埋

伊泰集團納林廟煤礦二號井位于鄂爾多斯高原與陜北黃土高原的交接處，地表被黃土層覆蓋，受水流風蝕等影響，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫交錯，水土流失嚴重，植被極不發(fā)育，井田面積20.96 km2，地質儲量17294 t，可采儲量11191t。

1 工作面概況及地質情況

42-09綜采工作面為4-2煤首采工作面，走向長1547 m，傾斜長240 m，煤層厚度1.9 m～2.4 m，煤層傾角0°～3°、平均1°，工作面沿底板推進，一次采全高。42-09工作面距離地表12 m～113 m，地表起伏不平。4-2煤中生代侏羅紀中下統(tǒng)延安組（J1-2Y）中巖段的下部。煤層結構復雜，不含夾矸或含1層夾矸，厚度0～0.65m、平均0.35m，巖性一般為砂質泥巖和炭質泥巖。煤層頂板為砂質泥巖、泥巖、細砂巖，底板為泥巖、砂質泥巖，煤層裂隙含水。

2 回撤通道及支護方式

主回撤通道采用2.8 m×5.2 m斷面，鋪設200 mm厚的混凝土底板；頂板采用“錨桿+鋼帶+錨索+雙層鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護，鋼筋網(wǎng)吊掛于錨桿托盤之上，靠近工作面采通側掛雙層下垂網(wǎng)，方便貫通后與工作面網(wǎng)連接成整體。輔回撤通道是為了能夠實現(xiàn)多點平行作業(yè)、快速回撤工作面設備，而專門設置的輔助運輸通道，見圖1。輔回撤通道及聯(lián)巷采用2.8m×5.0m的斷面，輔回撤通道和聯(lián)巷鋪設200 mm厚的混凝土底板，頂板采用“錨桿+鋼帶+單層鋼筋網(wǎng)”支護。

圖1 42-09回撤通道平面圖

主回撤通道頂板形式與規(guī)格：錨桿直徑20 mm螺紋鋼，長度2.1m，排距1.0m。網(wǎng)片網(wǎng)孔0.1m×0.1 m，Ф6.5 mm鋼筋。鋼筋梯：Φ14 mm×4800 mm×75 mm，排距3.0 m。錨索：Ф15.24 mm×6.5 m，排距3.0 m。主回撤通道非采幫支護形式及規(guī)格：樹脂錨桿直徑Ф16 mm×1600 mm，排距1000 mm，見圖2。在采取以上支護形式的基礎上，采用90架垛式支架加單體液壓支柱對主回撤通道及其聯(lián)絡巷口進行支護，呈雙排并列交叉布置。

圖2 42-09主回撤通道斷面圖

3 末采及回撤經(jīng)過

2011年7月6日，距離停采線還有5 m時，主回撤通道頂板來壓，3號聯(lián)以東180 m范圍內(nèi)垛式支架卸載，單體液壓支柱鉆底，近一半單體鉆底深度達到0.5 m，幫錨桿崩斷，幫網(wǎng)崩裂，頂板沿非采幫煤壁切落，頂板移近量達到0.5m，見圖3。

圖3 單體鉆底，折斷圖

2011年7月10日生產(chǎn)服務中心開始回撤。7月24日，回撤垛式支架71架，剩余19架；回撤液壓支架92架，剩余72架。7月25日開始將主回撤通道西段臥底硬化，先放炮崩出硬化底板，使用裝載機臥底，深度為0.8 m，再墊碎石硬化，硬化厚度300 mm，C30，使用早強劑，確保一周凝固期。8月1日具備生產(chǎn)服務中心恢復回撤，8月6日回撤完畢。

4 主要原因及預防措施

4-2煤埋深較淺，最大埋深不超過120m，基巖薄，上覆厚松散層，在回采過程中曾發(fā)生2次頂板沿煤壁切落，工作面礦山壓力情況與上覆巖層厚度、地表起伏也有很大關系。根據(jù)地表觀測，頂板基巖沿全厚切落，破斷直接波及地表，來壓時地表臺階最大達到0.8m。42-09主回撤通道貫通期間，垛式支架普遍卸載，支架最高2.5 m，而主回撤通道設計高度2.6 m，超高段使用道木接頂。需要提高主回撤通道的設計高度，給于一定的下沉空間；選用合適的垛式支架高度和工作阻力，并在垛式支架下部補打單體，提高支架的工作阻力。

主回撤通道支護的液壓單體支柱工作阻力250 kN，柱徑100 mm，支護時沒有加柱鞋，對底板比壓為31.847 MPa/m2，設計的硬化強度為C25，當單體超過25 MPa/m2時，單體鉆底，造成巷道底板破碎。因為，4-2煤直接底為中生代侏羅紀中下統(tǒng)延安組煤系地層軟巖，外觀呈淺灰色，層理為厚層狀，主要成分為高嶺石，遇水產(chǎn)生軟化、泥化的現(xiàn)象。受單體鉆底造成生產(chǎn)用水進入底板泥巖，短時間內(nèi)迅速軟化、膨脹，硬化巷道底板底鼓，破碎。在動載影響下加速破壞，形成泥巖泥化物，重型支架車等工作中產(chǎn)生塑性流動，不能進行正?；爻?。因此，單體需要進行穿鞋，減小對底板比壓（根據(jù)42-09主回撤通道貫通情況，超高段單體下部使用道木的，沒有出現(xiàn)單體鉆底）。并且應將硬化厚度增加至300 mm，并配鋼筋，增加底板抗壓強度。

4-2煤含一層泥巖夾矸，在主回撤通道段厚0.3 m左右，泥巖具有可塑性強的特點，遇水泥化，受力會擠壓變形，且風干失水后,表面即發(fā)生龜裂，經(jīng)過干濕交替后大部分崩解，片幫；在頂板來壓時，塑性區(qū)正好位于夾矸部分形成的層理弱面中，42-09主回撤通道貫通時，大部分樹脂錨桿崩斷，塑料網(wǎng)撕裂，見圖4。因此，需要使用螺紋鋼錨桿、鐵絲網(wǎng)支護，并增加錨索和鋼帶，阻止片幫，增加煤壁的支撐力，減小頂板下沉量。

圖4 樹脂錨桿崩斷、塑料網(wǎng)撕裂圖片

工作面長度240 m，在末采貫通期間，聯(lián)網(wǎng)速度和推進度較慢，這表現(xiàn)在不同長度的工作面循環(huán)作業(yè)所需時間長短不同；礦山壓力顯現(xiàn)也有很大影響，當工作面頂板巖石下沉量達到一定值時，工作面支架可能會被壓死，因此只能靠改變推進度來調(diào)解。在確定長壁式采煤工作面合理長度之前，首先要考慮其主要因素的影響程度，若受到一些條件限制時，應該加以改變，使工作面長度趨近于最佳。

末采前應對主回撤通道頂板、非采幫夾矸、工作面“三角區(qū)”破碎煤巖體進行化學注漿加固，將破碎頂板及煤壁圍巖膠結為有一定強度的密實體，提高主回撤通道圍巖的穩(wěn)定性和抗壓能力，改善圍巖的受力狀況，為回撤創(chuàng)造安全的施工條件。

根據(jù)地表起伏情況，42-09綜采工作面主回撤通道以3號聯(lián)為界，以西在溝底，以東在山脊，西段距離地表最小43 m，而東段距離地表最大105 m，對應主回撤通道位置3號聯(lián)以東壓力特別大，3號聯(lián)以西壓力相對較小，由此可見，選擇合適的回撤通道位置也是很重要的條件。

5 結束語

通過伊泰集團納林廟煤礦二號井42-09綜采工作面回采及回撤經(jīng)驗，可為薄基巖淺埋煤層綜采工作面合理長度的選擇，根據(jù)地表覆蓋層厚度確定主回撤通道位置，選擇合理的支護強度，給回撤通道含夾矸注漿提高圍巖抗壓承載能力等方面起到重要指導意義。

[1]貴枝.對綜采放頂煤開采工作面長度的一點看法[J].江蘇煤炭，2001(4):30-31.

[2]郭勝利.復雜地質條件下綜采工作面液壓支架回撤技術[J].煤炭工程，2006(7):35-36.

[3]張明清，岳宗洪，吳桂義，等.綜采工作面下行式支架回撤技術的理論研究與實踐[J].煤炭工程，2008(4):35-38.

[4]張連海，和新亮，張顯峰，等.林西礦綜采工作面回撤巷道支護技術實踐[J].煤炭科學技術，2009(5):25-26.

Analysis on Roof Subsidence in the Last Stage of Mining on Shallow Coal Seams with Thin Bedrocks

DONG Hao,LI Yong,LIU Ji-de
(Beijing Tiandi Huatai Mining Engineering Technology Co.,Beijing100013)

During the withdrawal of42-09 working face in the last stage of mining,there appeared a series of problems,including roof weighting of the main withdrawal roadway,chock support uninstalling within180m east of No.3 connection lane,bottom drilling of single-column hydraulic support,breaking of side anchors and nets,and falling of non-mined coal walls.The problems were studied in order to instruct technicians the support design of withdrawal roadways in the last stage of mining on shallow coal seams with thin bedrocks.

the last state of mining;withdrawal roadways;support;thin bedrocks;shallow coal seams

TD823.81

A

1672-5050（2012）02-0064-03

2011-11-20

天地科技股份有限公司青年創(chuàng)新基金項目（TJ-JJ-09-HT-2）

董 浩（1982—），男，安徽合肥人，大學本科，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術工作。

劉新光