义煤集团铁生沟煤矿软岩(煤)支护技术研究
报 告
义煤集团巩义铁生沟煤业有限公司铁生沟煤矿
河南理工大学
2012-8-28
目 录
1工程概况 ............................................................................................................................................................ 3
1.1 矿井概况 ............................................................................................................................................... 3
1.1.1地理、地形、地貌情况 .............................................................................................................. 3 1.1.2矿井边界情况 .............................................................................................................................. 4 1.1.3地质情况 ...................................................................................................................................... 4 1.1.4主要可采煤层赋存情况 .............................................................................................................. 5 1.1.5水文地质与开采技术条件 .......................................................................................................... 6 1.2 煤矿生产现状 ....................................................................................................................................... 9
1.2.1开拓方式、开采方法 .................................................................................................................. 9 1.2.2通风方式 .................................................................................................................................... 10 1.2.3现主要生产煤层、采区、工作面情况 .................................................................................... 10 1.3主要研究内容 ...................................................................................................................................... 11 2 支护改革前的调查分析 ................................................................................................................................. 12
2.1矿压情况 .............................................................................................................................................. 12 2.2支护改革前巷道情况 .......................................................................................................................... 13 2.3 巷道片帮、冒顶原因 ......................................................................................................................... 14 2.4 支护改革的重要性 ............................................................................................................................. 14 2.5 巷道支护历程 ..................................................................................................................................... 14 3 注水及其强度试验研究 ................................................................................................................................. 15
3.1 试验目的 ........................................................................................................................................... 15 3.2 试验方法 ........................................................................................................................................... 15 3.3 常规三轴剪切试验 ........................................................................................................................... 16 3.4 试验结果 ........................................................................................................................................... 17 3.5 三轴试验结果分析 ........................................................................................................................... 23 4 煤巷支护改革理论及支护方案优化 ............................................................................................................. 25
4.1 支护改革的指导思想 ......................................................................................................................... 26 4.2 支护改革技术工艺 ............................................................................................................................. 26
4.2.1 选择合理位臵布臵巷道 ........................................................................................................... 29 4.2.2 合理设计与施工 ....................................................................................................................... 31 4.3 支护改革成果 ..................................................................................................................................... 33 5 工程实施方案 ................................................................................................................................................. 36
5.1支护改革实施方案 .............................................................................................................................. 36
5.1.1梯形工字钢支护(采煤工作面超前支护段) ............................................................................. 36 5.1.2 U36拱型支护 ............................................................................................................................ 37 5.1.3 松帮卸压 ................................................................................................................................... 39
5.1.3.1松帮卸压基本要求 ......................................................................................................... 39 5.1.3.2上、下巷风煤钻松帮卸压安全技术措施 ..................................................................... 39
5.1.3.2.1技术要求 .............................................................................................................. 40 5.1.3.2.2 安全技术措施 ..................................................................................................... 40
5.1.4 喷浆封闭 ................................................................................................................................... 41
5.1.4.1喷浆支护材料 ................................................................................................................. 42
1
5.1.4.2喷浆要求 ......................................................................................................................... 42 5.1.4.3 喷浆施工工艺 ................................................................................................................ 43
5.2 注水施工 ............................................................................................................................................. 45
5.2.1中孔注水 .................................................................................................................................... 45 5.2.2 采煤工作面上、下巷浅孔注水技术要求 ............................................................................... 46 5.2.3 安全措施 ................................................................................................................................... 47 5.3 上、下巷穿杆下压安全技术措施 ..................................................................................................... 48
5.3.1技术要求 .................................................................................................................................... 49 5.3.2安全措施 .................................................................................................................................... 50
6 支护效果评价 ................................................................................................................................................. 52
6.1巷道变形监测 ...................................................................................................................................... 52
6.1.1巷道收敛变形 ............................................................................................................................ 52 6.1.2 超声波巷道松动圈测试 ........................................................................................................... 52 6.2 经济效益分析 ..................................................................................................................................... 54
6.2.1 11111工作面巷道 ...................................................................................................................... 54 6.2.2 11150工作面巷道 ...................................................................................................................... 54 6.3 效益分析与展望 ................................................................................................................................. 55
2
1工程概况
1.1 矿井概况
铁生沟煤矿位于巩义市境内，1986年开始建井，1997年10月正式投产，设计生产能力120万吨/年，服务年限55.1年。矿井工业储量为11118.5万吨，可采储量为6827万吨。矿井开拓方式为立井单水平上、下山开拓。矿井通风方式为两翼对角抽出式。开采煤层为二1煤层，煤种为无烟粉煤。
铁生沟井田广为第四系地层所覆盖，在井田的北部有部分基岩出露，井田地层呈北东走向，倾向北西的单斜构造，倾角10～15°。
矿区位于昆仑--秦岭东西复杂构造带东段北支，受压扭性断层的牵引和平推作用，煤层赋存状况极为复杂。煤层的伪顶、直接顶以黑色炭质泥岩、砂质泥岩为主，强度较低，极易垮落；煤体(亮煤)呈松散体状，强度极低；底板以泥岩为主，夹薄层细砂岩，遇水膨胀，有严重的底鼓现象，为典型的“三软”不稳定煤层。
1.1.1地理、地形、地貌情况
河南省铁生沟煤矿位于巩义市涉村、夹津口、西村三个镇境内，地理坐标为：东经112°26′～113°05′，北纬34°31′15″～34°42′30″。
井田内为中低山丘陵地形。东部五指岭主峰海拔标高+1215.90m，矿井南部属中低山区，海拔标高500～900m，形成矿区一分水岭，也是黄河与淮河水系的分水岭，区内海拔标高280～700m，高差420m，四周高中间低，地表水由流经井田中部的涉村河排出。该矿北距陇海铁路巩义车站约20Km，巩义至许昌公路从矿井中部穿过，交通方便。
3
1.1.2矿井边界情况
井田范围东至五指岭断层，西至91勘探线，南到二1煤露头，北部以-230m水平为界。铁生沟煤矿井田范围共由23个拐点圈定，井田面积18.15Km2。
铁生沟煤矿井田边界之东南方向为上庄煤矿，井田边界之东北角，为北庄煤矿。
在井田边界之北部，为二1煤层底板-230m以深的区域，煤层埋藏深度大于400～500m，目前没有煤矿。
在西部：原规划为圣水井田，目前为圣水煤矿。
南部：沿煤层露头线分布许多小煤矿，与铁生沟煤矿井田边界相临的有8个，自西向东是：西村圣水黄煤矿、夹津口王沟一矿、王沟煤矿、华龙煤矿、中沟煤矿、兴华矿业公司、夹津口二矿、涉村煤矿。 1.1.3地质情况
铁生沟井田广为第四系地层所覆盖，在井田的北部有部分基岩出露，自古生界的奥陶系、石炭系、二叠系；中生界三叠系；及新生界的系均有出露。井田含煤地层有石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1S)、二叠系下统石河子组(P1X)、二叠系上统石河子组(P2S)。
矿区位于昆仑—秦岭东西复杂构造带东段北支，即箕山—嵩山纬向构造带北部边缘，煤系展布方向基本受其控制。但由于受中生代晚期的北西向构造(嵩淮弧)的影响和干扰，致使本井田地层呈北东展布，倾向北西的单斜构造，倾角10～15°。在本井田的东北端，自核桃园—南山口一线因受北西向五指岭压扭性断层的牵引和平推作用，形成轴向北西，轴面倾向北东的不对称倾状向斜
4