復(fù)雜地質(zhì)條件下沿頂掘巷實踐

劉燕偉

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 十礦機掘隊，河南 平頂山 467000)

某煤礦項目于上世紀90年代初期建設(shè)投產(chǎn)，整個項目設(shè)計生產(chǎn)能力為60萬t/a單位，設(shè)計有效使用年限為70年，截止目前，該煤礦項目已生產(chǎn)20年。受到多重歷史因素的影響，煤礦礦井中所蘊含的淺部資源已被前期開采不規(guī)范的小型煤礦項目所破壞，由此導(dǎo)致淺部底層可被開采的資源已越來越少。針對這一實際情況，為了能夠更好的實現(xiàn)對這部分資源的合理回收，同時達到提高此區(qū)域內(nèi)煤炭開采率的重要目的，要求煤礦企業(yè)自身在做好正規(guī)性開采的基礎(chǔ)之上，做好對邊角資源的回收工作，確保復(fù)雜地質(zhì)條件下的可采儲量能夠得到有效增加。

一 基本工程概況分析

受周邊斷層結(jié)構(gòu)影響，該工作面煤礦巷道掘進范圍之內(nèi)的煤層資源賦存存在極為不穩(wěn)定的變動趨勢，且底板起伏大。測定結(jié)果顯示:該區(qū)域內(nèi)原煤厚度最低為7.0m，最高為10.0m，平均煤層厚度為8.0m。同時，該區(qū)域內(nèi)煤層傾斜角角度最小為6°，最大為20°，平均煤層傾斜角角度為13°。從煤質(zhì)結(jié)構(gòu)上來看，以粉粒狀為主，堅固系數(shù)為0.12，直接頂基本構(gòu)成要素為砂紙泥巖(巖體結(jié)構(gòu)厚度為11.25mm)，向上覆蓋部分泥巖(巖體結(jié)構(gòu)為1.35m)。與此同時，直接底區(qū)域絕大部分巖體結(jié)構(gòu)為泥巖—砂質(zhì)泥巖(巖體結(jié)構(gòu)厚度為8.17m)，同時中間伴隨存在厚度為0.35m單位的灰?guī)r(灰?guī)r中含部分植物化石碎片，穩(wěn)定性差)。

二 沿頂掘巷工作參數(shù)的設(shè)計分析

(一)支架結(jié)構(gòu)初始斷面參數(shù)設(shè)計。結(jié)合本文所研究復(fù)雜地質(zhì)條件作用之下，沿頂掘巷巷道的實際用途，同時，在充分考量掘進巷道運輸需求、通風需求、以及管道敷設(shè)需求等因素對于巷道設(shè)計參數(shù)的特殊要求，最終需要將沿頂掘巷過程中，巷道內(nèi)部支架結(jié)構(gòu)中的初始斷面尺寸控制為(3200×4400) mm單位。

(二)搭接長度參數(shù)設(shè)計。在沿頂掘巷作業(yè)過程中，針對搭接長度進行設(shè)計的最主要目的在于:確保巷道掘進過程中，U型鋼架能夠發(fā)揮穩(wěn)定且有效的支護性能。而在有關(guān)搭接長度的設(shè)計過程當中，有關(guān)支架跨度指標以及構(gòu)件長度指標則是決定搭接有效性以及穩(wěn)定性的最關(guān)鍵指標。結(jié)合實踐經(jīng)驗來看，建議以搭接支架跨度指標為基礎(chǔ)，來確定合理的搭接長度。在搭接支架跨度指標取值＜3.0m的情況下，搭接長度應(yīng)取值為370mm;在搭接支架跨度指標取值3.0m～3.9m的情況下，搭接長度應(yīng)取值為400mm;在搭接支架跨度指標取值4.0m～5.0m的情況下，搭接長度應(yīng)取值為450mm;在搭接支架跨度指標取值＞5.0m的情況下，搭接長度應(yīng)取值為500mm。

(三)拱頂圓心角參數(shù)設(shè)計。拱頂圓心角參數(shù)設(shè)計的合理性是確保沿頂掘巷過程當中，支架結(jié)構(gòu)承載能力有效性以及支架結(jié)構(gòu)可縮性的最關(guān)鍵參數(shù)之一。一般情況下，需要結(jié)合對沿頂掘巷巷道圍巖特性的判定，來獲取有關(guān)拱頂圓心角參數(shù)的取值情況。實踐操作中，可借助于對普氏地壓學(xué)說的合理應(yīng)用，估算并比較巷道頂板壓力指標與側(cè)幫壓力指標的大小。若兩者差值較大，則應(yīng)當在拱頂圓形角合理取值范圍中選取較大的數(shù)值，而若兩者差異較小，則應(yīng)當在拱頂圓心角合理取值范圍中選取較小數(shù)值。

三 沿頂掘巷工作方案的開展分析

(一)對斷層走向的控制。實踐過程中需要采取傳統(tǒng)地質(zhì)方法，結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)的基本地質(zhì)構(gòu)造資料以及地質(zhì)素描數(shù)據(jù)信息，針對復(fù)雜地質(zhì)條件下的斷層走向加以處于研究與分析。與此同時，對于重點懷疑地段而言，需要采取超前地質(zhì)鉆孔技術(shù)方式，實現(xiàn)對沿頂掘巷過程中各種可能出現(xiàn)安全問題的合理控制。在此基礎(chǔ)之上，在煤巷巷道掘進作業(yè)的過程當中，需要按照間隔5m～10m單位進行頂?shù)酌旱奶綔y作業(yè)，結(jié)合對頂板以及底板位置煤層厚度的合理監(jiān)測，達到預(yù)測沿頂掘進巷道前方位置地質(zhì)構(gòu)造變化情況的合理評估與判定。按照此種方式，還能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進巷道方向以及坡度的動態(tài)性調(diào)整，以此種方式確保沿煤掘巷巷道能夠準確貫通。

(二)沿頂掘巷操作流程。在沿頂掘巷作業(yè)過程當中，需要采爆破落煤，即炮掘作業(yè)方式。在此基礎(chǔ)之上，采取人工性的接煤作業(yè)，配合對刮板輸送機設(shè)備或者是膠帶輸送機設(shè)備的合理應(yīng)用，達到向外運煤的目的。在整個沿頂掘巷的處理過程當中，還需要做好對待挖掘煤巷巷道的通風處理，保障臨時支護結(jié)構(gòu)有效的基礎(chǔ)之上，進行掘進煤巷的出煤作業(yè)，出煤作業(yè)完成之后，針對整個沿頂掘巷巷道進行永久性支護處理。

(三)專用工字鋼加固處理。在針對復(fù)雜地質(zhì)條件下沿頂掘巷施工處理的過程當中，對于因斷層作用而引發(fā)的掘進巷道煤層松軟問題，以及無法站牢的支架結(jié)構(gòu)而言，需要應(yīng)用專用工字鋼對這部分區(qū)域進行合理的加固處理。具體的操作方式為:使用專用工字鋼裝置，分別于掘進巷道的兩側(cè)位置對其進行聯(lián)鎖加固處理。通過此種方式，可實現(xiàn)對巷道支架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性性能的合理提升，以此來保障巷道支護的有效性。

(四)松幫卸壓處理。在沿頂掘巷作業(yè)的實施過程當中，完成U型鋼拱形棚裝置的架設(shè)作業(yè)之后，可能會存在一定的憋幫或者是煤兜問題。針對這一問題，需要現(xiàn)場施工作人員及時對其進行卸壓處理。通過卸壓作業(yè)的方式，可最大限度的減緩因圍巖結(jié)構(gòu)作用力對支架部件所產(chǎn)生的不利影響。不但如此，對于沿頂掘巷過程中出現(xiàn)圍巖結(jié)構(gòu)干燥松軟的問題而言，需要現(xiàn)場施工作業(yè)人員及時對其進行注水處理，防止施工過程中出現(xiàn)空頂或者是空幫等問題。在此基礎(chǔ)之上，為最大限度的防止圍巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力改變而造成沿頂掘巷過程中出現(xiàn)新的應(yīng)力，應(yīng)當針對這部分區(qū)域，應(yīng)用硬性材料對其進行背實處理，重新打好網(wǎng)及竹笆，防止出現(xiàn)漏煤漏矸等問題。

四 結(jié)束語

本文詳細分析了在復(fù)雜地質(zhì)條件下，沿頂掘巷作業(yè)的開展情況。證實了:在復(fù)雜地質(zhì)作用之下，沿頂掘巷作業(yè)的突出優(yōu)勢，通過對支架結(jié)構(gòu)初始斷面參數(shù)、搭接長度參數(shù)以及拱頂圓心角參數(shù)的合理確定，充分把握施工重點，能夠最大限度的實現(xiàn)松幫讓壓以及卸壓等關(guān)鍵技術(shù)的充分融合。按照此種方式，能夠最大限度的消除復(fù)雜地質(zhì)條件對巷道掘進以及回采作業(yè)的不良影響，希望引起重視。