复杂条件下的巷道布置

2.5复杂条件下的巷道布置我国很多矿井自然条件很复杂，如地质构造和破坏、煤与沼气突出、冲击地压、水害等必须加以防治，在巷道布置方面也必须采取相应措施。2.5.1受构造影响的巷道布置对矿井有地质构造的地区，要掌握构造的分布规律，合理布置巷道，以提高回采率，方便生产和节省巷道工程量。一、受断支影响的巷道布置当区内断层较多时，可根据断层的类型，合理地技术服务倾斜长壁、伪斜长壁和走向长壁相结合的布置方式。鸡西矿务局小恒山矿在二水平西部，采用了这种混合式布置方式，具体布置如图2-5-1所示。区内断层纵横交错，落差在1m以上的有14条，大致可分为4个较为规则的断块。根据断块的形状和距主运大巷的距离，上部两个断块采用了倾斜长壁布置方式，下部两个断块采用了走向长壁布置方式。区内只用一个综采工作面保产，最高产量达80万t/a，掘进率为100m/万t，回采率为72.9%。巷道布置有三个突出特点：一是灵活，对断层处理适应性强；二是最大限度地扩大了工作面推进长度，扩大了综采有适用范围；三是大部分煤层巷道沿交面线布置，减少了岩石巷道工程量，在复杂条件下回采率高，巷道掘进率低。从图2-5-1可以看出：区段与条带巷道布置的特点是基本上平行交面线布置；有的巷道受断层影响采用了折线式布置（图中13、14）；斜交和近似走向断层相交时，区段巷道灵活地采用了扇形布置（图中11、13）。当断层落差较大时，可以断层作为采区境界。一个断块走向长度较短时，可联合几个断块划归一个采区，采区上（下）山字正腔圆平行倾斜断层布置（图2-5-1中8、9）。采区走向长度较长时，可将采区上山布置在采区中部。图2-5-2鸡西小恒山矿薄煤层采区巷道布置图。左右现金翼以断层为界，采区中部又有一斜交断层，落差亦较大。将轨道上山和运输上山分别布置在断层的上、下盘。这样既减少了联络巷道工程量，又避免了巷道交叉。另外上山煤柱与断层煤柱合一，减少了煤炭损失，提高了采区回采率。区段巷道和开切眼一般平行交面线布置。当采用综采时，可采用扇形布置小旋转开采。这样既解决了综采回收三角煤矿问题，提高了回采率，又增加了连续推进长度。另外工作面始终保持等长，有利于综采工作面生产。大屯煤电公司姚桥矿等很多局矿采用了这种布置方式，在构造复杂地段，坚持采用综采。二、受褶皱影响的巷道布置在向斜和背斜区域，根据煤层的变化，采区沿倾斜划分呈扇形，是褶皱区域采区划分的特点。在穹隆和构造盆地区域，由于向斜和背斜褶曲轴部，往往产生次一级褶皱断裂较发育，可以褶曲轴作为采区境界。此时，同一水平内的采区上（下）山布置成辐射状。当褶曲比较宽缓，构造应力较小时，可将采区上（下）山沿褶曲轴布置如图2-5-3所示。当褶皱区域煤层走向变化较大，煤层倾角亦较大，构造应力较大时，可将采区上（下）山布置在一翼，避开应力集中区。一般向斜区域比背斜区域积蓄着更大的构造应力。因此，在向斜轴部布置采区上（下）山时要慎重。背斜轴簇张性断裂较多，较为破碎。在轴部布置上（下）山时，应尽量避开地质破坏区域，以利于巷道维护。有很多因素影响不能将上（下）山平行褶曲轴布置时，可以斜交布置，如图2-5-4某矿深部有一向斜构造，煤层厚1.6m，边界有一断层。将下山布置在煤层中，并与向斜轴斜交，向斜两翼各布置一个回采工作面避开构造应力区。2.5.2煤和沼气突出煤层的巷道布置煤和沼气突出对生产危害极大，我国一些具有煤和沼气突出危险的矿井在巷道布置方面。也积累了较丰富的预防经验。一、采区上（下）山布置特点1．采区上（下）山一般布置在较坚硬的煤层和煤层群最下部煤层或底板岩层中。应避免在解放层里布置永久性上（下）山，解放层里不留煤柱，防止煤柱中应力集中。2．为了加快开采解放层，可以在解放层的顶板岩层中布置采区上（下）山。图2-2-5为开采上解放层时的采区巷道布置剖面图，在3号层的顶板2号层的工业基础线里布置了三条上山，是专为开采解放层（3号煤层）服务的。3号层采完使下部各层得到解放。然后再在6号层底板岩层中布置上山开采被解放层，对于厚煤层或不稳定煤层，可在底板布置多条岩石上山并设区段集中巷，将采区分成多个区间，区间运输、通风系统独立，一旦发生事故对邻区不影响；还可跨上山和采用无煤柱护巷，提高抗灾能力。3．设采区边界岩石回风上山。为准备第二开采层或厚煤层的第二分层的煤巷和开切眼，保证风流通畅，不与生产工作面通风相干扰，在采区边界设一条岩石回风上山，做掘进工作面独立通风的通路。相邻采区可共用一条岩石回风上山。二、区段巷道布置特点1．不留区段煤柱，实行无煤柱护巷。由于区段煤柱受支承压力而引起被解放层发生煤与沼气突出的事故很多。例如某矿在3号层留有24~26m煤柱，开采被解放层4号层送开切眼进发生突出，如图2-5-6所示。所以，应尽量采用沿空留巷或沿空送巷等布置方式，取消区段煤柱。2．采用前进式开采。一般突出多发生在掘进工作面，掘进工作面要避开支承压力升高区。根据这一规律可以采用沿空留巷前进式开采方式。北票矿务局三宝矿9号层属于严重突出煤层，采用了上述方法，运输平巷随采随掘平巷超前工作面距离严格控制在工作面前方卸压带内，从而消除了平巷掘进的突出危险。实践证明，采用无煤柱护巷和前进式采煤是防治突出的重要措施之一，值得重视。三、开采解放层，合理安排开采顺序1．一般应优先开采上解放层，没有条件时，也可选择下解放层。有的矿采用预排沼气的方法先开采厚煤层一分层，使其起解放层作用。2．要合理安排解放层与被解放层开采顺序和采掘工作面相互关系。解放层的回采工作面必须超前于被解放层的掘进工作面，超前距离应根据实际情况确定，但不小于两煤层垂直距离的两倍。开采顺序有两种方式：一种是剥皮式；一种是区段间依次开采。应尽可能把被解放层的采、掘工作面布置在采空区卸压带范围内。在具体布置时，应使采区准备超前于解放层的准备与回采，解放层的回采超前于被解放层的准备工作；被解放层的准备工作也应超前于被解放层本层的回采工作。这就是所谓的“三区成套”、“四区超前”。图2-5-7为某矿采区开采顺序安排图，该区开采3个煤层，其中4号层为煤与沼气突出层，以6号层为下解放层，6号层先采，但只能解放4号层的上三个区段，故以3号层为4号层的上解放层。3号层区段间上行顺序开采，3号层第四区段采过之后，4号层张4区段才得以解放。3．开采有突出危险的煤层时，禁止同时两个面相向回采，避免产生支承压力叠加。四、巷道布置应注意的问题1．石门见煤处应避开地质构造区域和沼气突出主要危险区。2．石门位置应避免布置在邻近煤层开采的应力集中区内。前例，以前开采顺序不合理时，在4号层尚未解放带内送区段石门，区段石门见4号层煤时发生突出，见图2-5-8，摧毁石门及3号层巷道达52m，其原因即是石门见煤点正是应力升高区。3．在布置巷道时，应尽量避免穿过地质构造带。实在不能避免时，应减少次数。在贯穿部位尽量正交而不采用斜交。4．尽量以断层作为采区境界和工作面的分界线。工作面遇断层送开切眼时，应在前工作面回采压力基本稳定后再施工。我国高沼气矿井，在60年代就试验沼气抽排工作，目前已有成熟和经验。沼气抽排后，消除了煤和沼气突出事故，使沼气浓度大幅度降低，有利于矿井通风工作；抽出的沼气可以利用，一举两得。当前主要采用钻孔法和设专用抽排巷道两种方法。一、钻场的设置根据矿井地质与开采技术条件的不同，充分利用已有的巷道布置钻场和钻孔。依钻场开孔位置来划分，大致可分为三种类型：1．本层巷道中布置钻场在有煤与沼气突出的单一煤层开采时，为减少抽放井巷工程量和钻孔长度，常采用这种布置方式，如图2-5-9（b）。其特点是不开掘专门抽放巷道，工作面采用单巷布置，在运输平巷与回风平巷中每隔3~5m，沿煤层倾斜方向向上与向下开抽放钻孔，使钻孔贯穿工作面全长。在工作面推进时，实行边采边抽，抽放效果好，指高了抽放钻孔的利用率，降低成本。在掘进运输平巷与回风平巷时，必需采取预抽或边掘边抽等防灾措施，以保证掘进时的安全。其作法是掘进时，在巷道两侧开凿钻场，布置若干平行巷道方向的抽放钻孔，两侧钻场间距5~10m，抽放钻孔深50~60m，每掘进50~60m开一组钻场，见图2-5-9（a）。焦作矿务局各矿均采用这种抽排方式。2．层外巷道钻场一种是钻场布置在煤层群底板的岩石集中内，见图2-5-10；一种是布置在煤层集中巷内。3．综合钻场综合钻场是1、2两种类型的混合布置，如图2-5-11所示。第一类钻场，一般应用在上抽放层，后两类多用在下抽放层。选择时应根据巷道布置方式，沼气含量，供电、供水、运输等情况来确定。工作面初次卸压时，往往发生沼气突然大量涌出，为使这部分沼气能及时的抽出，确保回采的安全，开切眼附近的钻场应加密。一般距开切眼30~40m的区间布置2个钻场，而且第一个钻场距开切眼10~20m。钻场的间距，我国各地经验一般为30~60m。二、设专用抽排巷道根据矿井地质和开采技术条件，可设顶板或底板专用抽排巷道。1．顶板沼气抽排巷道阳泉矿务局三矿开采3号层，煤层平均厚2.2m，倾角2~8o。上部1、2号煤层不可采，但为富含沼气层。相对沼气涌出量为22.4~31.3m3/t，并有煤和沼气突出危险。采用倾斜长壁采煤法开采，在条带排放沼气巷内，距回采工作面开切眼98m处开始，每隔280m开掘一条顶板岩层抽放沼气巷，距回采工作面停采线250m左右停止开掘。其具体布置如图2-5-12所示。根据多年开采经验，综采面开采3号煤层时，沼气涌出一般都较大。采用顶板钻孔法抽出率较低，平均仅50%，不能保证安全生产，也不能充分发挥综采能力。顶板沼气抽放巷法，沼气抽放量大，抽出率高，平均达62%。但增加了岩石巷道工程量，比钻孔法总费用高。具体布置时，要和钻孔法进行详细比较后确定。