李福海

摘要：布置在二1煤底板以下不同岩性的巷道，普遍存在不同程度的变形及底鼓;建立了岩移观测站，确定巷道的岩移变形速度，确定巷道围岩的松动圈，分析影响巷道安全质量的因素，评价巷道层位与安全质量，建议设计部门合理布置巷道层位，提高巷道安全质量，保证矿井安全生产。

Abstract： The roadways with different lithology under the coal floor of 2① coal have different degrees of deformation and heave. Therefore， it established the rock movement observation station， determined the rock deformation speed of the roadway， determined the loose zone of the roadway surrounding rock， analyzed the factors affecting the safety and quality of the roadway， evaluated the location and safety quality of the roadway， and proposed the design department should rationally arrange lanes， improve the safety and quality of roadways， and ensure the safe production of mines.

关键词：巷道层位布置;影响主要因素;安全质量评价

Key words： lane layout;major factors affecting;safety quality evaluation

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）13-0152-03

1 矿井概况

九矿位于鹤壁市北部边缘地区，行政隶属鹤壁市鹤山区，距鹤壁市新区37km，东北距安阳市17km，西依太行山，东临京广线、107国道和京珠高速公路，大白线公路穿越矿区，与安阳市、林州市相连接，交通方便，见图1。

矿井1958年基建，1966年正式投产。原设计生产能力30万t/a，核定生产能力55万t/a，改扩建后生产能力60万t/a，现开采二迭系二1煤层。矿井位于鹤壁煤田北部、龙宫井田西段，东西宽约2.5～3.5km，南北长约4.5～6.5km，面积约10km2。

1.1 礦井地层

根据华北石炭、二叠纪地层区划，鹤壁九矿区域地层属华北地层区太行山小区，发育震旦系、寒武系、奥陶系中、下统、石炭系上统、二叠系、新近系和第四系。其中石炭系、二叠系为主要含煤地层。

1.2 矿井水文地质

主要含水层（组）

①第三、四系砂、砾石（岩）含水层（组）：水位随季节变化较大，幅度为1～20m/年，旱季有民井干涸现象。水化学类型为HCO3—Ca和HCO3—SO4·Ca。

②二1煤顶板中、粗粒砂岩含水层（组）：矿井生产过程中大部分顶板掘进工作面有滴、淋水，工作面回采过程中，当大顶初次冒落后，水量会有所增大，一般为8～20m3/h，最大为39m3/h，水量随开采深度增加而降低。因此，该含水层裂隙水在生产中易于疏排，对开采二1煤层影响不大。

主要隔水层：

①二1煤层顶板隔水层：山西组以上至基岩面，厚度大于300m。②二1煤层底板隔水层：由泥岩、砂质泥岩和薄层砂岩组成，厚16.08～55.07m，一般25～35m，浅部较薄、深部较厚。泥岩、砂质泥岩层位稳定，厚度大、分布广，能有效阻隔太原组上段灰岩水充入二1煤生产区域。

1.3 开拓及开采方法

1.3.1 开拓方式

九矿采用斜井、立井多水平集中下山开拓方式，暗斜井配合副立井开拓延伸。

1.3.2 采煤方法

采用倾向长壁全层放顶和走向长壁分层炮采放顶采煤法，回采工艺采用综合机械化采煤和炮采，顶板管理方式为全部垮落法。综采工作面采用：ZFH3200-14.4/26型液压支架支护顶板，采用MG150/380—WD型双滚筒采煤机，中部斜切进刀，机械落煤，采高2.2±0.1m，截深0.6m，沿底板割煤。液压支架尾梁下铺设一部SGZ-630/264型刮板运输机（146m），运输放下的顶煤，下顺槽铺设一部SZD-730/90型转载机（45m）。

1.4 巷道布置与质量安全现状

九矿自2006年改扩建以来，岩巷工程量巨大，进尺达万米，大部分布置在二叠系二1煤底板中粒砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤线中，距二1煤层间距0～50m，由于布置岩巷的岩性层位不同，巷道变形程度也不相同，其中在泥岩、煤线及局部砂质泥岩中巷道变形较严重，巷道安全质量较差，给煤矿生产带来了巨大的危害，造成了不必要的人力、物力的浪费，所以有必要建立岩移观测站，对岩巷布置层位与安全质量进行研究。

2 岩巷性质

根据九矿地质报告，二1煤底板不同岩性的抗压强度和硬度，对二1煤底板以下至L8灰岩段的岩性分为硬岩层、中硬岩层和软岩层。硬岩层抗压强度为57～74MPa，位于二1煤下5～20m，岩性为中粒砂岩;中硬岩层抗压强度为40～57MPa，位于二1煤下20～27m，岩性为砂质泥岩;软岩层抗压强度为小于40MPa，位于二1煤下27～35m，岩性为泥岩、砂质泥岩和煤线。

3 影响岩巷质量安全的主要因素

3.1 岩巷布置层位的合理选择

井下岩巷工程布置的层位选择与岩巷后期的安全有重大关系，对于采区及水平阶段的岩巷尽量布置在稳定及较稳定的岩层中，其抗压强度Rb应大于40MPa的岩层中。如中粒岩、细砂岩、胶结好的砂质泥岩及灰岩中，相反若布置在抗压强度小于40MPa的稳定性较差的岩层中，如页岩、泥岩、胶接不好的砂质泥岩互层及薄煤中，岩巷围岩的稳定性较差，处于不稳定及极不稳定状态，则巷道变形量较大，底鼓严重，围岩松动圈大于1.5m，该类岩石都呈现出软岩特征，这就给巷道的布置层位选择提了科学合理的要求。

3.2 巷道的埋深

在矿井深部，虽然岩体本身绝对强度较高，但在大埋深、大地应力作用下，也会因围岩压力大，支护困难。因为地应力场引起井巷周边产生应力集中，其数值超过围岩本身的极限强度，发生破碎，围岩体积扩容胀大，向井巷空间内移，扰动范围较大，长时间不能稳定，由于巷道承受的压力与巷道的埋深成正比，故作用在支架上的压力增加，致使支护困难，也是影响岩巷质量安全的主要因素。巷道围岩力学特征用围岩强度与大地自重应力之比来表示，即： C=R1/rH

式中：R1-围岩饱和水条件下单轴抗压强度，单位MPa;

R—上覆岩层的平均容重，g/cm3;H—巷道埋深，m。

当c<=2～3时，围岩强度较差，巷道较难支护;当c>3时，巷道围岩强度较好，巷道易支护。可见，在深井中，尽管围岩强度大，当c<=2～3时，也就进入大地压难支护范畴。反之，浅井，但围岩强度低，也会出现难支护问题。

3.3 岩巷的支护形式

岩巷的支护形式很多，不同的支护形式针对不同的岩层强度。当巷道进入软岩层时，若未能正确采用合理的支护形式，则会影响巷道的质量安全问题。巷道的支护形式主要有：

①锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）;

②锚杆、金属网、喷射混凝土支护（简称锚网喷支护）;

③锚杆、金属网、钢架、喷射混凝土支护（简称锚网喷架支护）;

④锚杆、喷射混凝土和锚索联合支护（简称锚喷索支护）;

⑤锚杆、金属网和锚索联合支护（简称锚网索支护）;

⑥锚杆、梁、金属网联合支护（简称锚梁网支护）;

⑦锚杆、金属网、可缩性金属支架联合支护（简称锚网架支护）;

⑧锚杆、金属网、桁架支护（简称锚网桁支护）;

⑨锚、梁、网、喷、注浆联合支护;

⑩可缩性金属支架。

大量的实践证明，锚网喷、可缩性金属支架及锚索都是软岩巷道支护的有效手段，有时可相互配合联合使用，对解决岩巷质量安全问题起重要的作用。

3.4 采动影响的应力集中区

井下岩巷受回采工作面采动后的应力集中区影响破坏程度较大，也是影响岩巷质量安全的主要因素之一。应力集中区一般沿采空区边界向工作面内部下方呈70°的傾角分布，巷道破坏程度与采空区边界夹角及深度有关。煤层底板岩巷距采空区边界应力集中区越近破坏越严重;岩巷走向与采空区边界夹角越小，岩巷破坏的长度越长。如九矿-420轨道北翼大巷南部及-420爆破材料库回风巷处于2504采动后形成的底板应力集中区，巷道均有不同程度的变形，对矿井安全及运输系统影响较大，只能对影响的巷道进行二次支护。相反位于采空区中部地段的卸压区，其下部岩巷的围岩强度相对稳定，质量安全较好。如-420轨道上山下段位于2504采动后的卸压区，巷道质量相对较稳定。

4 岩巷布置层位与安全质量评价

随着矿井深部的延伸，在浅部地区不明显的变形，也随着深度的增加巷道变形速度也在增加，但对不同岩性的岩层进行岩移观测，其变形速度也不同，巷道的变形程度也不同，围岩的松动圈也存在差异，用矿井地质小构造探测仪对井下不同围岩的松动圈进行了松动探测，在硬岩层S9砂岩中布置的巷道围岩松动圈为10～50cm，在中硬岩层砂质泥岩中布置的巷道其围岩松动圈为40～120cm，在软岩层泥岩及煤线中布置的巷道其围岩松动圈为120～200cm。

经过岩移观测综合评价不同岩性的巷道变形速度结果如下：在硬岩层S9砂岩及L8灰岩顶部砂岩中，巷道围岩变形速度为0.17～0.62mm/d，平均为0.41mm/d;在中硬岩层砂岩泥岩中巷道围岩变形速度为0.76mm～1.01mm/d，平均为0.94mm/d;在软岩层中泥岩及煤线中巷道围岩变形速度为3.00～6.17mm/d，平均为4.37mm/d。

由此可见在二1煤底板下部一91煤～一92煤底之间约8m内布置的巷道岩层强度较低，围岩变形速度比一般中硬岩石大，围岩变形速度为4.37mm/d，松动圈超过1.2m，对巷道安全质量影响较大;在二1煤老底S9砂岩中的15m内布置的巷道，岩层强度较高，围岩变形速度为0.41mm/d，松动圈小于0.5m，对巷道安全质量影响较小;在二1煤老底与一91煤之间5m内和一91煤底部6m内的砂岩泥岩中布置的巷道，岩层强度中等，围岩变形速度为0.94mm/d，松动圈为0.4～1.2m，对巷道安全质量有一定影响。

5 结论与建议

①井下巷道地质分析;

②提出影响岩巷质量安全的主要因素;

③对九矿岩巷布置层位与安全质量进行评价。

二1煤底板下部约8m内布置的巷道岩层强度较低，围岩变形速度比一般中硬岩石大，围岩变形速度为4.37mm/d，对巷道安全质量影响较大;在二1煤老底S9砂岩中的15m内布置的巷道，岩层强度较高，围岩变形速度为0.41mm/d，对巷道安全质量影响较小;在二1煤老底与一91煤之间5m内和一91煤底部6m内的砂岩泥岩中布置的巷道，岩层强度中等，围岩变形速度为0.94mm/d，对巷道安全质量有一定影响。

建议矿井生产设计部门对岩巷布置层位的安全质量要充分考虑，尽量布置在硬岩层中，减少不必要的二次支护，地测部门要加强矿井深部巷道岩移观测以及地层岩石力学特征进行研究，为生产、开拓部门提供基础参数，保证矿井生产建设安全正常发展。

参考文献：

[1]宋合聚，王少坤.复杂地质条件下采区准备巷道层位布置优化[J].中州煤炭，2011（12）.

[2]康松松.条带式开采开拓巷道布置层位优化[J].能源与节能，2017（06）.

[3]闫帅，陈勇，张自政.高瓦斯多巷系统回采巷道布置方法研究[J].煤炭学报，2013（09）.