A research on the driving supporting technology of contiguous seams
Zhang yi Yan zhi qing
( Yungang mine，Datong Coal Mine Group，Datong，Shanxi Province 037017，China)
Abstract This article presents that during the driving of contiguous seams, geology-forecasting has been used, a flexible roof-supporting construction technology has been adopted, so that we achieved a quick and safe driving of the roadway. Because of these steps ,not only more unnecessary second supporting materials has been saved during the later stage of coal cutting ,but also some very precious experiences of the roadway-driving method in the contiguous seams has been accumulated .
Key word contiguous seams; driving; supporting
1 矿井概况
大同煤矿集团公司云岗矿位于飞禽走兽老虎机：大同市西郊云岗沟内，距大同市区18km，是1973年投产的全国著名特大型矿井和煤炭行业特级安全高效矿井，开采大同侏罗纪煤层，井田南北长13.1km，东西宽5.75km，面积59.0003 km2。矿井属于高瓦斯矿井，采用立井、斜井混合式开拓方式开拓，分区抽出式通风方式，主运输水平为+980m水平，+1030m水平为辅助运输水平。目前井田北部12-2#层311盘区与12-1#层为近距离煤层。
1.1 盘区地质情况
云冈矿11-2#层311盘区位于矿井北翼，东西走向长约2050m，南北倾向长平均2100m；本区地层大致为一单斜轴构造，走向近似于东西向，倾向南，倾角2--6度，平均4度；面积430.5万平方m，地质储量1052.5万吨，可采储量478.5万吨，布置普通综采工作面。
本区煤层除东南部不可采外，其余全部可采，煤层厚度0.50～3.78m，平均1.91m，西北部与11-1#层合并，合并区内煤厚最大5.13m，最小4.61m，平均4.93m，有1～3层夹石，夹石总厚度最大0.68m，单层厚度0.1～0.42m，在分叉线为0.80m。
本区煤层伪顶岩性为灰白-深灰色粉砂岩，厚度0.10～0.40m，薄层状构造，层面含大量煤屑、植物化石。直接顶岩性为中-粗砂岩，灰白色，厚0.80～15.28m，局部相变为细砂或粉砂岩。直接底为粗-粉砂岩，灰白色，厚0.60～8.54m，岩性变化较大。煤层硬度f＝3～4，节理较发育。煤层局部含夹石，夹石为粉砂岩，厚0～0.1m，有少量结核。
影响本区开采的主要是裂隙水、上覆采空区积水和附近小煤窑采空区积水。
1.2 掘进工作面基本情况
11-2#21109巷煤层结构简单稳定，无夹石，厚度在1.20～2.70m之间，平均厚度2.14m。煤层倾角0～4°，平均2°，设计掘宽4.2m,掘高2.6m。顶板中-细-粉砂岩，厚度0.6～10m，平均厚度4.60m，灰白色，水平层理，向北粒度变小，北部顶板约0.6m上发育一层煤线，含煤屑。21109巷距511回风巷444m-888m范围与11-1#层间距在4m之间，具体与11-1#层间距概况如下：
0～550m范围，层间距＞4.0m； 550～670m范围，层间距3.0～4.0m；
670～840m范围，层间距2.0～3.0m； 840～900m范围，层间距＜2m；
900～1020m范围，层间距2.0～3.0m； 1020～1110m范围，层间距3.0～4.0m；
1110～1221m范围，层间距＞4m；
2 极近距离掘进面临的主要问题
11-1#层与11-2#层属近距离煤层，层间距和煤层极不稳定，11-2#层81109工作面顶板粉细砂岩互层，层理、节理、裂隙发育，且北部发育一层煤线，稳定性差，掘进和回采时顶板难以维护，易发生漏顶事故，故在掘进工程中对近距离顶板层间厚度、岩性、稳定性进行预测和采取有效的支护至关重要。
3 极近距离掘进的技术方案
3.1地质预测方面
（1） 对巷道所处的应力环境及围岩条件进行了具体分析，包括21109巷上覆煤柱的压力传递的影响范围、构造应力的作用、岩性、地质构造的影响等，预测性编制出11-2#层21109巷掘进地质资料分析报告。
（2） 利用先进的地测地理信息系统空间软件（RGIS），用地面钻孔和井下地质孔资料以及煤岩层赋存产状数值模拟分析绘制出11-2#层81109工作面与上覆11-1#层层间等值线预测图和层间立体剖面图，建立了一套科学的、可靠的、可视化的三维立体空间完整的预测模型体系，能够准确、客观地用图件反映81109工作面与上覆11-1#层采空区的立体空间关系，为巷道安全掘进提供了技术支撑和保障。
（3） 在巷道掘进期间利用锚索钻，探测实际层间距，同时结合巷道上下层对应测点标高，对层间等值线重新修订预测绘制，使其尽可能切合实际，指导生产。
（4） 在掘进过程中利用锚索钻每隔10m施工一探顶孔，及时掌握层间距及顶板岩性结构，并做好记录，以随时改变及确定支护方式，有效维护顶板。
3.2 掘进支护工艺
经过调研和反复研究，按锚杆悬吊作用等理论计算确定21109巷采用以下支护方式：
11-1#层间距＞4.0m时，按常规方式，采用锚杆砼托板+锚索联合支护：锚杆支护的间排距为0.9×1.0m，托板互相垂直布置，双排锚索，锚索间距2m，排距3.0m。
层间距＜4m时的支护方式：
（1）层间距3.0m～4.0m时，采用锚杆砼托板+锚索联合支护，锚杆排间距同上，锚索排间距2000×1600mm，锚杆采用加长锚固（每孔φ23×60、φ23×30树脂各一根）；
（2）层间距2.0～3.0m时，采用锚杆钢带、锚索钢梁交替支护；锚杆钢带、锚索钢梁各自间距均为1.6m，锚杆钢带与锚索钢梁之间的间距为1.0m；锚索、边锚杆均与顶板夹角45～55°、向两侧倾斜。
（3）层间距＜2.0m时，采用锚杆钢带、锚索钢梁交替支护；锚杆钢带、锚索钢梁各自间距均为1.2m，锚杆钢带与锚索钢梁之间的间距为0.6m，锚索、边锚杆与顶板夹角40～45°，向两侧倾斜；
（4）3.0m以下时，顶板铺菱形网、每根锚杆使用两根φ23×60树脂；层间距2.0m以下时，钢梁下支设两根钢梁腿。
（5）当层间距小于1.8m时，适当缩短锚杆长度，保证孔底距11-1#煤层底板不小于0.2m。这样才能能保证钢带及锚杆应有的支护效果。锚索梁斜拉45～55°钢绞线锁具上加三角楔形垫，可以保证原有的锚固效果。
图1 层间距4.0m以上正常支护断面、平面示意图
注：每根锚杆使用2360、2330树脂各一根
图2 层间距3.0～4.0m以上正常支护断面、平面示意图
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注：顶板铺菱形网，每根锚杆用2360、2330树脂各一根
图3 层间距小于2.0～3.0m时支护断面、平面示意图
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注：顶板铺菱形网，每根锚杆两根2360树脂，据需要必要时补支钢腿
图4 层间距小于2.0m时支护断面、平面示意图
表1 永久支护材料及规格表
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层间距 m |
锚索 |
锚杆 |
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角度 ° |
长度 m |
角度 ° |
长度 m |
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d≥4.5 |
90° |
4.0 |
90° |
1.7 （注：根据锚固端情况，必要时，采用2.0～2.2m的加长锚杆） |
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4.0≤d＜4.5 |
4.0 |
|||
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3.7≤d＜4.0 |
3.7 |
|||
|
3.5≤d＜3.7 |
3.5 |
|||
|
3.3≤d＜3.5 |
3.3 |
|||
|
3.0≤d＜3.3 |
3.0 |
|||
|
2.7≤d＜3.0 |
50～55° |
3.5 (孔底入帮＞1.2m) |
边：50～55° 中：90° |
1.7 |
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2.5≤d＜2.7 |
3.3 (孔底入帮＞1.1m) |
|||
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2.2≤d＜2.5 |
45～50° |
3.0 (孔底入帮＞1.1m) |
边：45～50° 中：90° |
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2.0≤d＜2.2 |
2.7 (孔底入帮＞1.9m) |
|||
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1.8≤d＜2.0 |
40～45° |
2.7 (孔底入帮＞1.0m) |
边：40～45° 中：90° |
1.7 |
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1.6≤d＜1.8 |
2.3 (孔底入帮＞0.8m) |
1.5 |
||
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0.6≤d＜1.6 |
2.1 (孔底入帮＞0.6m) |
1.2～0.6 |
||
注:①、锚杆：φ16mm旋螺纹钢（可根据层间距变化调整长度）；锚索：φ15.24mm×4000mm的钢绞线。树脂凝固剂:MSK-2330、MSK-2360。锚索钢托板：350×350×10mm的钢板，中心孔径φ19mm。
②、“W”型钢带：3150mm×150mm×3mm，四孔，孔间距850mm。
③、钢梁棚：锚索梁为11#矿用工字钢，长有3.2m、3.6m、3.7m三种，孔距2600mm；钢梁腿为11#矿用工字钢，与钢梁搭接的两端处焊14#槽钢且槽口端焊接钢筋加固，腿净长满足需要，腿脚焊接100×100×10mm的钢板。
三角楔形钢垫：长×宽×厚＝80mm×40mm×3/50mm，中心孔径φ19mm；
⑥、菱形金属网：长×宽=3700mm×1700mm。
4 实施效果
11-2#21109掘进工作面550～1100m处与11-1#层间距为0.6～4.0m，若不改变支护方案将无法正常掘进，面临81109工作面提前圈切巷（550m处，原设计1221m），造成煤炭损失18.7万吨。通过地质预测的指导并制定相应的支护方案，使81109工作面达到设计要求，实现了安全快速掘进，在掘进和回采期间中未出现顶板下沉和冒顶情况，且未造成煤炭损失，验证了该技术的应用安全可靠，同时减少了施工过程中不必要的二次支护材料投入，减轻了工人的劳动强度，为安全生产提供了有力的保障，也为今后极近距离煤层开拓掘进积累了宝贵的经验。
5 结论
极近距离煤层掘进支护工艺技术，解决了本矿在特殊地质条件下顶板管理的难题，为其它极近距离煤层工作面的掘进提供了积极的探索。此项技术可作为后续工作面和其它类似条件下，进行顶板支护和安全快速掘进的的成功范例，对以后极近距离煤层掘进具有指导作用，极具推广应用价值。
参考文献：
［1］姜福兴.矿山压力与岩层控制［M］.北京：煤炭工业出版社，2004.
［2］钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制［M］.北京：煤炭工业出版社，1991.
［3］刘云贺等.煤矿矿井支护与防冒顶综合技术手册［M］.北京：煤矿科技出版社，2009 (2).
［4］ 刘文韬.煤矿矿井支护新技术与支护设计计算及支护产品选型、设计、维护实用手册 ［M］. 北京：煤炭工业出版社，2007 (7).
作者简介：张懿（1964-），男，山西繁峙人，大学本科，高级工程师，现任大同煤矿集团公司云岗矿总工程师，长期从事煤矿生产技术工作。Tel：0352-7083144，E-mail：yzq808@126.com。
