[00126413]煤与瓦斯突出矿井浸水三软地层巷道围岩破坏特征及控制技术研究

1.主要技术内容 贵州大方煤业有限公司小屯煤矿属于煤与瓦斯突出矿井,又处在喀斯特地貌区域,大气降水通过溶蚀裂隙渗入矿井内。巷道围岩中多是泥岩和粉砂质泥岩,含有蒙脱石等矿物,粘土总含量达50%以上,遇水软化膨胀。煤层中分布软分层,属于典型的“三软”地层。同时施工大量的抽排瓦斯钻孔进一步软化了围岩的整体结构。这些因素造成矿井巷道变形破坏严重,修复工程量十分巨大,频繁翻修造成矿井生产接续紧张和安全管理困难。巷道支护问题已严重制约着矿井的发展和矿井的产量及经济效益。研究解决小屯煤矿浸水三软巷道的支护难题是当务之急。本项目的主要研究成果如下： 1.通过原岩应力实测与采动应力变化监测、巷道围岩物理力学测试、围岩变形和支护体受力的观测等现场综合实测工作,掌握水浸泥质软岩及煤体软化及巷道围岩变形破坏的机理,树脂端锚锚杆/锚索在水浸软岩条件下锚固性能弱化特征,为科学制定巷道围岩控制方案提供了依据。 2. 针对小屯煤矿四种不同类型的巷道所受的动压和围岩条件,通过理论分析和数值模拟分析对比,制定了相应的巷道围岩控制技术方案： （1）提出“三软”浸水地层沿空巷道以控制两帮变形及底板浸水底臌为主的支护理念。两帮采用研制的超长高强组合注浆锚杆（锚杆长3400mm）全部锚注支护巷帮并封闭其内部裂隙,以阻断老空水向巷道内的渗入;顶板采用高强全锚支护的技术体系,有效地控制了沿空巷道围岩的大变形,在国内外尚属首次,成果水平为国际先进。 （2）实体煤巷道以控制顶板受最大水平应力作用引起的弯曲下沉为主的支护理念。顶板采用高强锚杆/锚索全锚支护、两帮采用高强加长锚支护技术体系; （3）底抽巷采用分次支护技术以适应不同阶段的动压影响,采用高强全锚一次支护保证掘进期间的施工速度,动压影响前采用锚注技术进行二次加固的技术方案。 （4）大巷修复采用构建增强支护圈+强韧喷层+卸压置换的围岩加固体系,以提高破碎围岩的强度和自稳承载能力。 2.授权专利情况 通过本项目的开展,授权发明专利1项,授权实用新型专利8项。 3.技术经济指标 巷道稳定程度有极大的提高。修复周期延长3倍左右,由原来的6～9个月,提升到24～36个月以上。 岩石巷道移变量1～2年不大于3％～6％;煤巷移变量为原先移变量的1/10~1/8,煤巷服务周期内,不用修复巷道,几乎不存在巷道维护成本。自2017年至2020年期间,节约维护成本13600万元。 4.经济效益与推广应用前景 本项目所提出并实际采用的技术方案针对性强,支护理念新颖,技术先进,大幅降低了巷道变形量,回采巷道不用修复就满足了工作面回采的要求,提高了工作面产量。初步形成了煤与瓦斯突出矿井浸水三软地层巷道的支护技术体系,取得了显著的技术经济效益。 （1）经济效益 小屯煤矿沿空掘巷、实体煤巷、大巷修复和底抽巷四种不同类型的巷道进行的试验与原有支护形式进行经济对比如下： 沿空巷道：降低成本11657元/m、2017年至2020年期间在16中12、16中09、16中14三个回采工作面降本增效4562.26243万元。 实体煤巷：2017年至2020年期间在16中12、16中09、16中14三个回采工作面实体煤巷（2650m）累计节约成本6173.1万元; 大巷修复：2018年至2020年4月期间,在回风平硐、副平硐两条大巷（六中车场至十中车场段 934m）累计节约成本3486.93万元; 底抽巷：2018年至2020年4月期间,在矿井底抽巷（16中11运底及16中13运底 2875.2m）累计节约成本887.6万元。 经过分析计算,并结合矿井实际情况,矿井自2017年至2020年期间,累计降本增效15109.89243万元,在此基础之上,自2018年开始,小屯煤矿开始扭亏为盈。 （2）推广应用前景 我国煤矿地质条件复杂,软岩矿井众多,尤其西南地方的云南、贵州、四川、重庆地区大部分都是软岩矿井。在喀斯特地区的煤矿,部分煤矿因巷道围岩无法得到有效控制而关闭。本项目的研究成果,不仅可以在整个西南地区对类似条件下的软岩巷道围岩的控制推广应用价值,同时对我国的软岩矿井巷道支护也具有指导意义。项目关于沿空巷道和动压巷道提出的支护理念也具有指导借鉴意义。 2017年至2020年期间,在贵州五轮山煤矿、贵州绿塘煤矿推广应用,分别节约成本19261万元、16793.9万元,推广价值明显。项目形成的成果具有十分广泛的推广应用前景