特厚、突出、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工技术研究

特厚、突出、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工技术研究【摘要】青东矿82采区8煤层首采工作面为828工作面，煤层厚度6.2～13.2m，平均厚度为9.2m，回采工艺为综放，工作面巷道施工采取跟底留顶煤施工，由于煤体松散破碎，同时过上覆726工作面收作线应力集中区、频繁过断层、过构造，在施工期间遇到很多了困难，特别是极松散的煤顶在超前管理上、支护上，和现场施工管理上采取非常有价值的举措，成功的克服了各种困难，巷道单进达100m/月，减少了工作面准备时间，回提前回采产出的煤炭而带来巨大的经济效益和社会效益。

【关键词】特厚；突出；极松软；地应力；复杂地质；跟底施工1 矿井概况青东矿井位于安徽省淮北市濉溪县李小庙至大刘家一带，行政区划属濉溪县，井田东距宿州市、北东距淮北市均为45km，井田面积为54.14km2。

矿井采用立井、多水平、主要大巷开拓方式，分区石门布置。

采用中央并列式、分区石门通风方式，后期对角式。

矿井设计三个生产水平：一水平标高为-585m，二水平标高为-900m，三水平标高为-1200m。

矿井主要可采煤层为32、7、81、82和10煤层，平均总厚12.67m，占煤层平均总厚的81.53%。

地质资源量46877.35万吨，可采储量为13341.6万吨。

矿井煤层赋存条件复杂，水、火、瓦斯、顶板、煤尘、地压“六害”俱全，7、8煤层经鉴定具有突出危险性。

青东矿井按突出矿井设计，生产能力为180万吨/年，服务年限为52.9年。

回采工艺设计以综采，综放为主。

2 地质概况青东矿构造主体表现为一走向北西～近东西，局部略有转折，向北、北东倾斜的单斜。

地层倾角一般10～20°，沿走向方向出现较小规模的地层起伏或次级褶曲，局部地层产状变化较大，由一般的10～20°变化为5～8°，呈宽缓的向斜和背斜形态；区内共查出断层218条（≥10m的断层97条，<10m的小断层121条，），其中正断层214条，逆断层4条，断层的展布方向以北东向和北东东向为主，少量北西向。

在矿井开采过程中，实际的揭露的地质构造异常复杂，断层纵横交错，次生褶曲发育，煤层支离破碎。

2007年6月26日开工建设以来，共施工井巷工程45500m，加上726、728综采工作面至今，实际揭露未探明的断层达220多条，而且还有众多的褶曲和层滑构造。

3 施工条件82采区828工作面的8层煤为稳定结构的特厚煤层，煤层厚度6.2～13.2m，平均厚度为9.2m。

宏观煤岩类型为半暗半亮煤，构造以鳞片状、粉末状为主、次块状，煤层松软。

煤层走向310°～340°、倾向40°～70°。

煤层倾角5°～18°，平均13°。

828工作面8煤层基本顶为灰色砂岩，细粒结构，成分以石英、长石为主，硅质胶结，性硬。

局部含灰色泥岩，平坦状断口。

厚度10.6～20.2 m。

直接顶为泥岩，灰-深灰色，块状，平坦状断口，无伪顶。

828工作面8煤层直接底为深灰色泥岩，块状，具滑面，有少量植化碎片，局部夹有细砂岩薄层，厚4.6m。

基本底为粉砂岩，灰色，含条带泥质，厚度5.0m。

828工作面采取先回采上部7煤层（726工作面）的区域防突措施，被保护区域实测8煤层最大瓦斯压力0.3MPa、最大瓦斯含量4.5m3/t。

由于726工作面提前收作，828工作面外段一定范围内处于未保护范围内，该区实测8煤层最大原始瓦斯压力1.1MPa、对应8煤层瓦斯含量10.3m3/t、8煤煤体坚固性系数（f值）0.25、瓦斯放散初速度（△P）10.8 。

（见图1）8煤层煤尘具有爆炸危险性，为自燃煤层（Ⅱ类、最短发火期107天）；该区段恒温带温度为17.1℃，地温梯度平均 2.8℃/100m左右，巷道施工地温为31℃～33℃左右，为一级高温。

4 巷道支护由于采取跟底留顶煤施工，巷道顶板松散破碎可锚性差，为此采用U29型棚支护，腰帮过顶材料为钢筋网+钢背板+双抗网。

U型棚规格：腰扎×净高=4645×3330mm，U型棚梁长3641mm，腿长3624mm，扎角为8°；钢筋网采用Φ6mm圆钢制成，网格为60×60mm，规格为长×宽=710×630mm。

棚距为600mm，U型钢搭接长度为400mm。

（见图2）图2 巷道支护断面图5 施工工艺特厚煤层掘进采用手稿掘进为主，如遇断层，巷道内岩石较硬时，采用松动炮的形式，辅助破岩。

施工工序为：安全确认→打设骨架孔、撞楔（超前支护，护顶）→挖梁道→移前探梁→按中腰线及棚距放置预备棚梁并过好顶→洒水、出煤（矸）→安装护帮板→刷帮→载棚腿→看线、校正棚梁、棚腿位置→腰帮→紧固卡缆→质量检查。

架棚时，必须采取防倒棚措施，支架间应设牢固的拉板或撑木。

6 特厚煤层跟底施工的安全施工管理（1）要严格执行敲帮问顶制度，开工要进行安全确认。

（2）永久支护必须紧跟迎头，够一棚、架一棚，顶帮要腰严背实。

（3）施工采取留大肚子：由于煤层较软，防止顶板发生抽芯掉顶，迎头留大肚子；所留大肚子不超过4棚。

巷道安设两路风筒，以防止留大肚施工时风筒对侧通风不良而造成瓦斯超限。

（4）先超前打撞楔护顶后，将梁道挖好并及时架设临时支护，铺设防片帮，窜前探梁，以及时控时巷道顶板，防止掉顶。

（5）超前护顶：使用板皮、大板撞楔等作为超前护顶材料。

木撞楔采用长×宽×厚=2500×50×50mm木条。

木撞楔布置间距为200mm，根据顶板情况适当调小撞楔间距，撞楔隔一棚打一棚，撞楔削尖一端打入煤体，另一端压在后一棚棚梁下，外露长度不超过800mm，撞楔生根在棚梁上，生根牢固有效。

撞楔按照比巷道坡度大8°～10°的角度打入顶板。

（6）临时支护：架棚巷道采用金属前探梁作为临时支护。

金属前探梁采用4米长的11#矿用工字钢制成；前探梁使用3根。

（7）防片帮网：防片帮网采用直径不小于8mm的抗静电尼龙绳编制，大小以能覆盖全断面为准，网孔为100×100mm，帮顶均不少于6个固定点，中间不少于2个固定点，帮、顶固定点距轮廓线周边不大于100mm间隙。

（8）护帮板：挖腿窝时必须超前背帮，护帮板采用长×宽×厚=3000×300×50mm大板，每帮超前护帮板间距不大于500mm，最上一块距顶梁不大于300mm，最下一块距底板不大于1.0m。

7 过断层区域的超前管理7.1 超前探查煤层赋存参数由于青东矿井地质构造的复杂性，煤层赋存变化极快，煤层断上断下较频繁，掘进施工期间必须及时跟煤施工，为此采用预测孔超前探掘进前方的煤层赋存情况，以便及时跟底施工。

当预测孔探查有异常时，采用钻机进行超前探查前方煤层情况，控制煤层赋存状态，为掘进安全有效施工提供可靠的依据。

7.2 采用骨架钻孔过断层期间采用的骨架孔是根据石门揭煤骨架孔演变而来，骨架管撞楔采用2.5m长1寸钢管，钢管一头削平；钢管撞楔采用风锤打孔的方式安装，自巷道中顶向两帮对称分布，每打一孔及时安装一撞楔，以防塌孔安装困难。

撞楔按照比巷道坡度大8°～10°的角度打入顶板。

按200mm间距布置，每棚数量不少于15根。

7.3 超前注加固材料，密实、充填、胶结、加固煤岩体由于断层影响，特别是巷道顶板揭煤期间，一是爆破易发生掉顶、抽冒；二是煤层更加松软、破碎，极易发生掉顶、抽冒，顶板管理极为困难。

针对于顶板管理采用注马丽散、金属骨架+注马丽散、注水泥浆+KY粉混合液方式等多种方式。

在828机、风巷施工过程中，通过几种注浆方式的比较，注水泥浆方式固化效果差，且而时间相对要长。

考虑到马离散发生化学反应时易产生高温，为此采取超前预注马离散化学剂沿煤层裂隙将煤层胶结形成一个整体。

若发生掉顶时，则将迎头进行喷浆封闭后注水泥浆或水泥浆+KY粉混合液胶结煤体。

7.4 台阶法施工由于8煤较为松软，巷道破底较多（1m以上）且底板较硬时可采用台阶法施工，即对原设计的长腿子改为两个短腿子，先采用一个短腿子架好棚后，再卧底安装另一个短腿。

施工方法如下：当安设好棚梁过好顶后，挖腿窝时先挖短腿窝，用准备好的短棚腿（设计长度2000mm）上棚腿腰帮，下部岩石部分暂不处理，按照设计坡度向前施工2棚后，用防片帮网封闭迎头，并加固迎头所有前探梁（用木楔打紧），封闭、加固完成后退至短腿第一棚开始放小炮处理巷道下部岩石部分，然后迎头继续挖棚梁过顶循环向前施工，后路清理钉道时再停头安装加长棚腿，以卧底达到巷道设计高度。

短腿U型棚搭接长度500mm，采用三付卡缆紧固，搭接处用两付限位卡缆和一付普通卡缆卡紧，卡缆螺母扭紧力矩≮100Nm。

搭接长度≮400mm。

7.5 提高支护效果①过断层期间要增加棚子的整体性，提高棚子抗压能力。

每棚之间的连接除规定拉板外，在中顶及底板位置分别安设一根棚撑，棚撑规格50×50mm方木，棚撑子打设要求牢固可靠。

②架棚巷道为防止棚子倾斜，一是在巷道两帮分别在底板向上800mm和1200mm处用Φ30mm圆钢或钢管打靠杆，靠杆长600mm，深入巷帮500mm；二是在巷道两帮分别在底板向上1000mm位置打锁腿锚杆固定棚腿；三是增设棚撑和拉杆，以增加棚子整体性。

（见图3）图3 特厚煤层巷道过断层剖面8 过应力集中区的方法由于726机巷外段处于726工作面回采收作线20m位置为应力集中区，对巷道支护及顶板管理造成很大困难，且容易引起煤与瓦斯突出。

为此过应力集中区：一是采用钻孔充分泄压。

在应力集中区施工时，采用顺层长钻孔预抽煤巷条带消除煤巷条带突出危险性，同时对周围煤岩体的应力进行释放，掩护煤巷掘进。

当预测煤层应力大或有煤层突出指标大时，再增设排放孔。

二是加强支护质量，提高支护等级。

在支护上棚距由原来的600mm缩小至500mm，巷道由29U型钢改为36U型钢，同时增设拉杆、打靠杆或锁腿锚杆等方式提高支护效果。

当巷道顶帮难以控制时，采用超前注浆加固措施来保证施工安全。

9 结束语青东矿82采区828工作面为综放工作面，巷道采取跟底留顶煤施工，在施工期间遇到很多困难，特别是煤顶的管理从超前管理上、支护上，和现场施工管理上采取非常有价值的举措，成功的克服了各种困难，经过摸索革新，巷道单进由最初的40m/月到100m/月以上，减少了工作面准备时间，因提前回采产出的煤炭而带来巨大的经济效益和社会效益。

青东矿对特厚、突出、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工的管理，在实践中取得了良好效果和一些成功的经验，为类似条件下安全技术施工管理提供了宝贵的经验。