驗收材料之三：項目工作報告

驗收資料之三小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次

成巷技術(shù)研究項目工作報告華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司山寨煤礦二0一五年十一月《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次

成巷技術(shù)研究》工作報告一、 項目來源渠道、項目編號、資助經(jīng)費(fèi)該項目是華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司山寨煤礦獨(dú)立研究項目。二、 立題研究的目的意義山寨煤礦西翼地質(zhì)條件相對較差，煤層非常松散，成粉末狀或小塊狀賦存，硬度值非常低，約為0.3-0.7左右，直接頂為一層5m左右的砂質(zhì)泥巖，部分地段頂板為厚層破碎油頁巖與煤線互層，穩(wěn)定性差。此類地質(zhì)條件下巷道掘進(jìn)速度慢，維護(hù)效果差，回采前需多次返修，工作量很大，成為制約礦井安全高效開采的一大難題。我國煤炭資源分布廣泛，各礦地質(zhì)條件各異。許多礦井都出現(xiàn)過軟弱、松散破碎、甚至成散體粉末狀的煤體巷道；而國內(nèi)外對這類巷道又缺少系統(tǒng)的研究。針對這一情況，本課題對小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成巷施工工藝進(jìn)行研究，對軟弱煤體巷道圍巖控制技術(shù)方面提出一些有益的經(jīng)驗及結(jié)論，用于提高圍巖控制效果、減少巷道安全隱患、避免巷道返修、降低支護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。同時，對國內(nèi)外類似地質(zhì)及生產(chǎn)條件巷道的圍巖控制技術(shù)同樣具有一定的參考及借鑒意義。三、 研究起止時間該項目研究起始時間為2015年1月，完成時間為2015年6月。四、 各研究階段的進(jìn)展情況該項目于2015年1月被山寨煤礦列入本年度科技進(jìn)步項目計劃。《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成巷技術(shù)研究》項目開展期間，即從2015年3月至2015年6月底，主要研究及開展的工作有：1、 成立《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成巷技術(shù)研究》項目課題組。礦上于2015年2月初成立了《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成技術(shù)研究》項目課題組，明確了各自職責(zé)和主要工作內(nèi)容。2、 立項及項目計劃任務(wù)書的編寫、報審。2014年12月份，根據(jù)3502工作面開切眼實際情況，礦上決定對《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成巷技術(shù)研究》項目進(jìn)行立項，在礦領(lǐng)導(dǎo)的直接指導(dǎo)下，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員密切協(xié)作配合，編寫了《項目計劃任務(wù)書》，并組織審查，提出了修改、補(bǔ)充和完善意見。3、 項目調(diào)研、方案編制。礦上于2015年2月份組織相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員召開3502工作面開切眼掘進(jìn)施工方案分析研討會，并根據(jù)具體情況編制了《小塊狀軟弱煤體大跨度開切眼炮掘一次成巷技術(shù)研究》項目實施方案。4、 項目實施3502工作面開切眼于2015年3月份開始掘進(jìn)，項目實施過程中，西安科技大學(xué)的貪東風(fēng)教授赴礦深入現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)，并與礦技術(shù)人員針對3502工作面開切眼遇到的極不穩(wěn)定頂板的支護(hù)和一次成巷施工工藝等問題進(jìn)行深入的討論，提出了一些切實可行的寶貴意見和建議。礦負(fù)責(zé)施工的綜掘隊在地質(zhì)條件極度惡劣的情況下，認(rèn)真落實課題組下發(fā)的各項技術(shù)要求，積極參與施工工藝變更的各項試驗，對項目安全、順利實施起到重要作用。項目從2015年3月4日開始施工，截至2015年5月15日順利貫通，共用時70天，保證了礦井正常采掘接續(xù)。4.1施工過程3502開切眼長度為177m，自2015年3月4日起開始施工。巷道按寬度分為采空區(qū)側(cè)（左半部分掘?qū)?.0m）和煤壁側(cè)（右半部分掘?qū)?.4m）兩個爆破斷面分次爆破交替掘進(jìn)，兩爆破斷面超前邁步距離最小不小于0.8m，最大不大于2.4m。采空區(qū)側(cè)先爆破掘進(jìn)，掘進(jìn)至兩個爆破斷面的步距達(dá)到2.4m時，煤壁側(cè)再開始爆破掘進(jìn)，采空區(qū)側(cè)始終超前煤壁側(cè)。每個爆破斷面循環(huán)進(jìn)尺為0.8m。煤炭采用2臺40T型刮板輸送機(jī)配合一臺帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。巷道在掘進(jìn)施工過程中，由于圍巖松軟易垮，頂板多次發(fā)生漏頂現(xiàn)象，局部最大漏頂范圍有長X寬X高=3.0mX3.0mX1.0m，造成頂板超高，支護(hù)困難，巷道成形差。由于爆破震動，采空區(qū)側(cè)與煤壁側(cè)銜接部位的頂板破碎易垮落，兩個掘進(jìn)斷面的頂板出現(xiàn)高差，護(hù)表構(gòu)件不能有效保護(hù)頂板煤巖穩(wěn)定，錨桿、錨索施工質(zhì)量難以保證，尤其是錨桿失效較多。由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工工藝與地質(zhì)條件不適應(yīng)等原因，先后對施工方法和支護(hù)做了多次改進(jìn)。3月18日：掘進(jìn)25m，迎頭頂煤厚度為1.6-1.8m，頂煤層理十分發(fā)育，且開挖后松軟易垮。施工方法改進(jìn)為：1、 將施工方法由“邁步”式一次成巷施工方式變?yōu)橄仁┕?dǎo)硐（探巷）掘進(jìn)，待探明前方頂板煤巖層情況之后，再決定后續(xù)施工方法。2、 導(dǎo)硐（探巷）施工方案為：導(dǎo)硐布置在采空區(qū)側(cè)，導(dǎo)硐寬度4.0m，高度3.1m。巷道頂部支護(hù)方式為：掛設(shè)一付六孔鋼筋托梁，打注高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用兩卷K2335和三卷Z2360型樹脂藥卷進(jìn)行全長錨固；每排打注4根錨索，其中：靠采空區(qū)側(cè)2根為^22X6500mm錨索，靠煤壁側(cè)2根為^22X8300mm錨索，錨索間排距為1000X800mm，每根錨索也采用一卷K2335和三卷Z2360型樹脂藥卷進(jìn)行錨固。巷道兩側(cè)幫部支護(hù)為：采空區(qū)側(cè)幫部支護(hù)不變，按作業(yè)規(guī)程中規(guī)定進(jìn)行支護(hù)；煤壁側(cè)幫部支護(hù)為掛設(shè)金屬網(wǎng)打注^20X2400mm的玻璃鋼錨桿配合木托板進(jìn)行支護(hù)，每排打注玻璃鋼錨桿4根，錨桿間排距為800X800mm，每根錨桿采用一卷K2335和一卷Z2360型樹脂藥卷進(jìn)行錨固。3、 施工炮眼時應(yīng)在開掘斷面中、下部采用打淺眼，少裝藥，放震動炮，頂、幫部人工擴(kuò)刷成形的方法施工。每次爆破炮眼深度不超過1m，每次爆破前在頂板前斜向上打注超前錨桿3根，均勻布置。3月23日：在變更施工方法采空區(qū)側(cè)掘進(jìn)53m以后，根據(jù)現(xiàn)場觀測，采空區(qū)側(cè)茬面向后15m范圍內(nèi)頂板基本穩(wěn)定。西安科技大學(xué)員東風(fēng)教授與礦技術(shù)人員深入現(xiàn)場查看，并針對3502開切眼頂板煤質(zhì)松軟、易垮落現(xiàn)象召開專題會議討論對策，決定對施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，待煤壁側(cè)擴(kuò)掘至距導(dǎo)硐茬面3.2m（4網(wǎng)）后將施工方法進(jìn)行如下變更：1、將施工方法變?yōu)閮蓚€小斷面“邁步式”掘進(jìn)，采空區(qū)側(cè)斷面先掘，煤壁側(cè)斷面后掘，兩個小斷面錯距為3.2m（4網(wǎng)）至4.8m（6網(wǎng)）。2、 每次爆破炮眼深度為1m,根據(jù)現(xiàn)場情況布置炮眼，每個斷面每次爆破炮眼總數(shù)不得大于15個，每個炮眼裝藥量不得大于2卷。3、 每兩網(wǎng)打一次超前支護(hù)錨桿，超前支護(hù)錨桿數(shù)量視頂板情況每個斷面為2-4根。超前錨桿均勻布置在茬面上部，向前方沿煤層層理斜向上帶15-30。角打設(shè)，錨桿規(guī)格①20X2800mm，每根錨桿采用一節(jié)MSCK2335樹脂錨固劑。未打注超前支護(hù)錨桿或超前支護(hù)錨桿打注不合格嚴(yán)禁一下網(wǎng)爆破。4、 采空區(qū)側(cè)右?guī)鸵暶簬颓闆r采用玻璃鋼錨桿配合木托板進(jìn)行臨時支護(hù)。若煤幫穩(wěn)定，無片幫危險，經(jīng)現(xiàn)場安檢員確認(rèn)安全后可不打臨時支護(hù)。5、 將巷道頂部兩側(cè)兩根錨索由垂直頂板打注變更為與巷道頂板呈60°角打注。6、 巷道內(nèi)安全躲避硐間距變?yōu)?5m施工一個，共施工4個，第一個、第三個施工在煤壁側(cè)，第二個、第四個施工在采空區(qū)側(cè)。4月21日：采空區(qū)側(cè)掘進(jìn)127m以后，超前煤壁側(cè)55m，超前段右?guī)推珟洼^嚴(yán)重，造成右?guī)痛蛟O(shè)的部分玻璃鋼錨桿臨時支護(hù)失效。因此，停止采空區(qū)側(cè)掘進(jìn)，對滯后的煤壁側(cè)進(jìn)行擴(kuò)掘。并要求：1、對采空區(qū)側(cè)停掘迎頭掛網(wǎng)打錨桿進(jìn)行臨時支護(hù)。2、停掘后，采空區(qū)側(cè)繼續(xù)采用局扇通風(fēng)，煤壁側(cè)擴(kuò)掘時采取擴(kuò)散通風(fēng)。3、煤壁側(cè)擴(kuò)掘時頂板應(yīng)與采空區(qū)側(cè)在同一層位以保持頂板平整。煤壁側(cè)擴(kuò)掘時采空區(qū)側(cè)嚴(yán)禁人員進(jìn)入。5月26日：距貫通點18m處，將原設(shè)計每排靠兩側(cè)的4根錨索由6500mm變?yōu)?300mm，并對3502回風(fēng)順槽貫通點10m范圍內(nèi)頂板按“五花”布置補(bǔ)打O22X8300mm錨索加強(qiáng)支護(hù)。4.2礦壓觀測在試驗過程中，本項目課題組成員按照設(shè)計好的觀測方法及要求現(xiàn)場對巷道表面位移、巷道頂板離層情況進(jìn)行了監(jiān)測并記錄原始觀測數(shù)據(jù)。4.2.1礦壓觀測內(nèi)容及測站布置1） 巷道表面位移。反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，判斷圍巖的運(yùn)動是否超過其安全允許值，是否影響巷道的正常使用。具體包括頂?shù)?、兩?個值即頂板下沉量及下沉速度；底臌量及底臌速度;煤體兩幫的位移量及位移速度；進(jìn)一步得到頂?shù)装?、兩幫相對位移量及位移速度?502開切眼試驗巷段共設(shè)置兩個測站觀測巷道表面位移，巷道表面位移采用十字布點法。巷道表面位移觀測成巷10天以內(nèi)1次/d，10天以后2~3次/周，一個月后1~2次/周。2） 頂板錨固區(qū)內(nèi)、外的離層值。判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的穩(wěn)定性以及錨桿支護(hù)參數(shù)的合理性。試驗巷道布置一個測站觀測頂板離層情況。頂板離層指示儀實際上是兩點巷道圍巖位移計，在頂板鉆孔中布置兩個測點，一個在圍巖深部穩(wěn)定處，一般超過錨索錨固端300mm，一個在錨桿端部圍巖中，與錨桿錨固尾端一致。頂板離層觀測成巷10天以內(nèi)1次/d，10天以后2次/周，一個月后1次/周。4.2.2礦壓觀測結(jié)果分析對3502開切眼試驗巷道觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行匯總、平均、分析，得到反映掘進(jìn)期間巷道普遍變形情況的數(shù)據(jù)。巷道掘進(jìn)期間共設(shè)置了兩個測站觀測巷道圍巖移動規(guī)律，主要觀測內(nèi)容包括兩幫移近量和頂?shù)装逡平?。對兩個測站的觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，得出巷道相應(yīng)圍巖變形量曲線和變形速度曲線。巷道表面位移是反映巷道圍巖穩(wěn)定狀況的綜合指標(biāo)。巷道在掘進(jìn)后的前一個月，圍巖移近較小、速度緩慢，巷道表面位移緩慢增加；一個月以后，頂板下沉速度和兩幫相對移近速度都比較大，巷道表面位移增加較大；兩個月以后，圍巖變形速度有所減緩，但仍有較小的變形量。圍巖移動速度是反映巷道圍巖穩(wěn)定狀況的另一重要指標(biāo)，3502工作面開切眼變形速度經(jīng)分析可得：兩幫移近速度在巷道開挖后隨著天數(shù)的增加逐漸增大，其速度最大為67mm/d，隨后移近速度趨于穩(wěn)定；頂板的下沉速度在前一個月施工中變化較為緩慢，后一個月當(dāng)中變化較大，最大為49mm/d，此后速度值趨于穩(wěn)定，但仍有一定的下沉速度；從整體上看，兩幫的移近速度大于頂板的下沉速度，但兩幫移近速度持續(xù)時間與頂板下沉無顯著差異。巷道表面收斂量隨時間的推移而遞增，表現(xiàn)出明顯的流變特性。4.3巷道變形特征分析4.3.1頂板下沉特征及分析3502開切眼頂板為較松軟復(fù)合頂板，多為砂質(zhì)泥巖，部分地段頂板為泥巖、油頁巖與煤線互層，穩(wěn)定性差。錨桿預(yù)應(yīng)力隨托板附近煤煤體破壞而急劇減小，淺部出現(xiàn)明顯的碎脹變形。頻繁的爆破作業(yè)和局部漏頂加速了煤煤體的破壞和錨桿的失效。1、 頂板為較松軟復(fù)合頂板，多為砂質(zhì)泥巖，部分地段頂板為泥巖、油頁巖與煤線互層，穩(wěn)定性差。錨桿預(yù)應(yīng)力隨托板附近煤巖體破壞而急劇減小，淺部出現(xiàn)明顯的碎脹變形，實測破碎煤體深度最大處達(dá)1100mm。頻繁的爆破作業(yè)和局部漏頂加速了煤巖體的破壞和錨桿的失效。2、 可以將頂板的支護(hù)結(jié)構(gòu)看作是兩端固支的巖梁結(jié)構(gòu)，巖梁的撓曲變形是頂板總的下沉的一部分。頂板跨度大，復(fù)合頂板因強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生撓曲下沉和離層。尤其是幫部失穩(wěn)后增加了頂板梁結(jié)構(gòu)的跨度，更加大了這種變形。4.3.2幫部失穩(wěn)特征及分析1、 煤質(zhì)較軟較脆，呈粉末狀或小塊狀，這種煤體上施工錨桿極易發(fā)生錨空失效。螺紋鋼錨桿可以在開挖初期施加較高的預(yù)應(yīng)力，而玻璃鋼錨桿在開挖初期施加的預(yù)應(yīng)力較低，因此，安裝玻璃鋼錨桿的煤壁側(cè)變形速度更快，變形量更大。2、 從頂板與幫部的相互作用來看，當(dāng)頂板梁結(jié)構(gòu)跨度增加，幫部作為梁的支點所受的作用力就越大，受力后發(fā)生破壞而使支點位置向深處轉(zhuǎn)移，從而使頂板梁的跨度進(jìn)一步增加。頂板對幫部的壓力集中是造成幫部大變形的又一原因。4.3.3底鼓特征及分析1、 圍巖的礦物成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和軟弱程度對巷道底鼓起決定作用。3502開切眼底板巖性較硬，為厚層粗砂巖，但受風(fēng)化和水理作用后強(qiáng)度明顯降低。底板巖層承受垂直向上的分布力，兩端作用有水平力，當(dāng)力達(dá)到巖層變形的臨界值便會發(fā)生壓曲而失穩(wěn)。2、 水理作用。3502開切眼底板巖層含有蒙脫石和高嶺土等粘土礦物，遇水后體積膨脹，產(chǎn)生塑性變形。4.4改進(jìn)的方向1、 增加護(hù)頂、護(hù)幫構(gòu)件密度，減少漏頂和幫部碎脹。2、 提高錨桿預(yù)緊力，限制圍巖初期變形。3、 單體柱“穿鞋”防鉆底，提高頂板支護(hù)強(qiáng)度，增加頂板梁支點，減小頂板撓曲下沉。4.5項目實踐結(jié)論通過對3502工作面開切眼炮掘一次成巷施工方法和礦壓觀測分析研究，得出如下結(jié)論：1、 軟弱圍巖大跨度開切眼采用炮掘一次成巷分次爆破交替掘進(jìn)時，兩個爆破斷面錯距3.2?4.8m時，既能有效釋放超前壓力，又能對超前斷面的幫部和兩斷面拐角處及時進(jìn)行支護(hù)。2、 小塊狀軟弱煤體爆破過程中，在掘進(jìn)斷面中、下部采用打淺眼，少裝藥的方法放震動炮，避免頂、幫部錨桿受爆破震動和高應(yīng)力作用使錨固力顯著降低。3、 幫部位移量大造成頂板梁的固支點向深部轉(zhuǎn)移，頂板的撓曲下沉和離層量就大，而頂板下沉量大又反作用于幫部使幫部煤體碎裂破壞。因此，通過在頂板破碎區(qū)域增加竹笆片護(hù)頂、減小支護(hù)排距，提高錨桿（索）初期預(yù)緊力等方法，限制幫部位移和控制頂板下沉兩者相輔相成、缺一不可。5、項目總結(jié)驗收2015年6月，我們對該項目進(jìn)行總結(jié)，編寫項目報告，經(jīng)礦上審核后，申請集團(tuán)公司驗收。五、經(jīng)費(fèi)使用情況該項目計劃資金10萬元，實際支出10萬元。主要用于材料費(fèi)用及人工費(fèi)等。項目實施實際投資費(fèi)用表一序號項目名稱實際支出費(fèi)用（萬元）備注1人工、材料儀器費(fèi)9主要研究人員費(fèi)用2其他費(fèi)用1項目驗收、鑒定費(fèi)用合計10六、課題組成員簡況參加