软顶软底掘进工艺实践研究

【摘　要】与煤层自身条件相近但煤层顶底板相对较好的矿井相比,软底软顶煤层的突出危险性在一定程度上有较大增强,这给矿井防治煤与瓦斯突出工作带来了更大的困难。本文对软顶软底煤层掘进防突技术进行了探讨,指出应将消突措施、巷道断面、支护工艺等各方面因素进行综合考虑,以达到较好的消突效果,从而保障软底软顶突出煤层巷道安全快速掘进。

【关键词】软顶软底；突出煤层；巷道掘进；巷道断面；支护工艺；执行措施

1.软顶软底掘进概述

在部分突出矿井中,除煤层具有突出危险性以外,煤层顶底板属软岩,掘进巷道周围煤体承受的矿山压力较大,为煤与瓦斯突出增加了更大的动力。据工程经验,在顶底板较软的突出煤层中进行掘进时,应根据具体的情况,采用科学有效的消突措施、合理的巷道断面、科学的支护工艺相结合的针对性较强的综合性防突措施,方能达到较好的防突效果。

2.对矿道掘进进行有效的消突措施

目前国内较成熟的掘进防突技术有钻孔排放措施、抽放措施、松动爆破措施、水力冲孔或煤层注水等水力措施。对于软底软顶煤层,水力防突措施施工管理难度大,对巷道的支护效果有一定的影响,非特定条件在软底软顶煤层中一般不宜使用。

2.1透气性较好煤层的消突措施

煤层较坚硬且比较稳定,煤层的突出危险性相对较小,如果煤层的透气性相对较好,则主要采取的消突措施有以下几种。

(1)浅孔超前排放措施。采用Φ42mm麻花钻杆配合煤电钻或风煤钻施工排放孔,孔深8～12m,钻孔数量和参数需具体设计,措施经检验有效后,保持5m超前距进行掘进,完成掘进后执行下一轮措施。(2)深孔超前排放措施。采用150型钻机配合Φ86mm钻孔施工排放孔,孔深30～50m,如钻机成孔效果好,深度可适当加长,钻孔数量和参数根据具体情况进行设计。执行超前排放措施孔后,按照防突细则要求进行效果检验,检验孔深度为8～12m保持2m超前距进行掘进,相对于Φ86mm深孔而言,最后一个循环保持5m超前距掘进。(3)深孔松爆措施。采用Φ42mm的炮眼,眼深8～12m,根据松动爆破孔有效影响范围设计巷道断面内炮眼布置及炮眼个数,执行措施后经检验有效保持5m超前距掘进。

2.2透气性较差煤层的消突措施

如果煤层的透气性较差,上述措施不易达到消突目的,则可采取巷旁钻场本层超前抽放措施或工作面超前抽放措施,抽放钻孔的布置、数量、深度等应根据实测钻孔的抽放半径和安全煤柱的要求,结合矿井的实际情况进行设计。当检验孔深度小于抽放孔3m以上时,经检验有效后保持2m超前距掘进当检验孔深度等于抽放孔深度时,保持5m超前距掘进;在这种情况下,为保证正常掘进,每个主掘工作面应考虑一个备用掘进工作面,交替执行措施、交替掘进。

2.3严重突出煤层的消突措施

在严重突出煤层中掘进,在本煤层执行防突措施成本高、效果差,在执行消突措施的过程中也有发生突出的可能性,可考虑在瓦斯抽采设计中设置高位抽放巷,并在采掘部署中首先施工高位抽放巷。随着高位巷的掘进,在高位巷内设置抽放钻场,抽放钻孔的控制范围为开采突出煤层巷道两侧安全煤柱以内,从而对开采煤层邻近巷道安全煤柱内瓦斯进行抽放。当高位抽放巷形成后,在原设计突出煤层巷道安全煤柱以内已抽放瓦斯多月,最早钻场抽放时间一般已达6个月以上,这时可检验瓦斯抽放效果,在解除了突出危险后,可开始突出煤层煤巷掘进。由于已解除了突出危险,煤巷掘进无需采取特别的防突措施(但必须采取区域性预测预报),从而可较大地提高突出煤层煤巷掘进速度;如条件许可,可采用综合机械化掘进。高位瓦斯抽放时间的长短,应根据各矿具体煤层进行考查。

3.如何选择合理的巷道断面进行科学的支护

3.1选择合理的巷道断面

在煤与瓦斯突出矿井,风排瓦斯是治理瓦斯的一种重要手段。为将工作面瓦斯浓度控制在规程规定的范围内,回采工作面的配风量较大,特别是采煤机械化程度较高的工作面,工作面风量的配备就更大,这就使得回采工作面进回风巷的断面较大。巷道断面越大,特别是巷宽越大,巷道支护效果就越差,煤体承受顶底板的压力就越大;巷高越大,煤壁的稳定性就越差,巷道煤体对顶底板的支撑能力就越差,这些情况下的突出煤层掘进,容易引发突出,特别是压出。因此,突出煤层中巷道断面的选择对防止煤与瓦斯突出很重要。当所需通风断面大,防突工作难度大,巷道支护困难时,在采区设计时可采用双巷布置,从而减小单条巷道的通风断面;与此同时,推广沿空留巷或沿空护巷技术,从而在进行下区段工作面巷道布置时,可以利用其中1组巷道,以加快工作面准备速度。

3.2选择科学合理的支护工艺

针对不同的巷道断面,应根据不同的围岩情况与不同的支护形式相结合,同时采取有针对性的消突措施,从而达到较好的消突效果。(1)当巷道上毛宽小于2.5m,下毛宽小于3.5m,巷道断面小于7m2时,在支护形式方面,应优先采用锚网支护、锚网+W钢带支护,如巷道服务年限较长,应采用锚网喷支护,锚网支护参数应根据具体情况进行支护设计。也可采用12#矿用工字钢金属三节棚支护,支架间距可根据巷道具体情况确定,一般在0.3～0.8m,帮顶采用竹芭或木材背实。(2)当巷道上毛宽大于2.5m时,应采取锚网支护、锚网+W钢带支护,有必要时还应增加锚索支护,如巷道服务年限较长,应采用锚网(锚索)喷支护,支护参数应根据巷道具体情况进行支护设计。(3)当巷道断面较大,巷道顶板压力极大,锚网+锚索支护均不能满足支护要求时,可采用锚网+锚索+U型棚(或梯形棚)进行联合支护。实践证明,有效的支护形式能较好地控制矿山压力,在一定程度上控制诱发煤与瓦斯突出的动力,从而减少突出煤层煤巷掘进过程中发生煤与瓦斯突出的频率。

4.执行措施的主要效果

4.1巷道的支护情况

在掘进期间，我们根据下分层巷道压力情况，科学施策，采用梯形工字钢支护，为了防止顶板背板折断造成冒顶，我们采取增加背板的强度的措施，由原来的单背板改为双倍板，有效的提高了背板的支护强度。顶部同时采用直径4mm的钢筋网，并且网的搭接长度为100mm，并且用12#扎丝每200mm设一道扎丝。棚子的间距不超过600mm，棚子的支护强度基本满足了矿压的需求，同时提高了架棚的速度。通过这几个月施工的情况来看，巷道支护情况良好，并且棚子没有出现变形现象，支护基本满足支护强度的需求。

4.2施工进度与效果

通过该项目的实施，我们的施工速度有了较大的提高，施工进度由原来的120米左右，提高到260米以上，尤其是我们在生产组织上，创出了日进尺20米、小班单进8米的好成绩。同时在切割效果上看，我们取得了较好的经济切割效益。截尺的消耗量也降低到了最低限度，达到了我们立项研究的目的。

4.3防自燃发火工作取得了较好的效果

在掘进巷道施工时，最繁琐的是喷浆工作，浪费大量的人力运料，并且一旦巷道自燃发火以后再喷浆，给喷浆的难度会增加很大，对喷浆的质量要求的也高，有时候复喷好几次还不能灭火。通过控制顶板措施的实施，没有出现空顶现象，没有出现一次由于出现空顶现象而造成自燃，也没有因此而造成喷浆封闭工作而影响生产。

4.4圆铁穿楔控制顶板取得了较好的效益

圆铁穿楔代替管缝锚杆，是控制顶板、提高经济效益的一项举措，并且通过现场实施，圆铁穿楔的回收率较高，超过95%以上，并且弯曲率不超过5%，确实有效的控制工作面上方大块矸石的跨落，有效的控制了下分层顶板。

5.结束语

防治煤与瓦斯突出是突出矿井安全生产技术管理工作的重中之重,在软底软顶突出煤层中,这一问题就显得更为重要。事实证明,在软底软顶突出煤层中进行巷道掘进,只要采取有效的消突措施、选择合理的巷道断面、采用科学的支护工艺,在对煤与瓦斯突出的防治方面就能达到较好的效果。　[科]