可行性研究报告

课题名称：特厚煤层巷道沿底板布置围岩稳定性控制研究

申请单位：公司课题可行性研究报告

20__年_月_日

特厚煤层巷道沿底板布置围岩稳定性控制研究项目

可行性研究报告

（一）项目的背景和意义

孟家窑井下地质条件复杂，断层、褶曲构造多，尤其是断层；但大的断层较少，井下主采2号和5号煤层，其中5号煤层位于太原组下部，煤层厚度平均13.74m，为层位和厚度均稳定的可采煤层，5号煤层埋深约200m，倾角为18～43，平均约22，顶板多为细～中粒砂岩，局部为粗砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩，底板多为砂质泥岩、泥岩和细粒砂岩，局部为粉砂岩。5105回风巷煤体强度测试结果显示，顶板中0～9.7m范围内煤体强度平均值5MPa，两帮部煤体强度范围为2～8.5MPa，平均4.45MPa。综合而言，该处煤体强度在5MPa左右。可见5号煤层为典型的特厚松软煤层，由于井下地质条件复杂及巷道支护技术的不成熟，多数工作面回采巷道布置采用沿煤层顶板布置，这样就造成对工作面回采工作的不利，一是降低煤炭资源的回收；二是工作面支架要经历钻底板过程；这大大增加了工作面回采工作量及回采的难度。

为了保证矿井的高产高效，随着锚杆支护技术的水平提高，提出采用回采巷道沿底板布置来解决上述问题。近些年，孟家窑煤业锚杆支护技术发展迅速，先后完成了2号煤层多条巷道支护设计、施工，效果显著，不仅彻底改善了井下2号煤层落后支护方式，提高了巷道掘进速度，保证矿井安全生产。而井下5号煤层巷道主要沿顶板布置，采用架棚支护，支护方式落后，严重限制了煤矿安全、高产和高效，为了解决上述问题，对现有的支护体系提出了很大的挑战；巷道沿底板留顶煤掘进，顶煤易风化破碎，这就增加了顶板的控制难度；另外煤体强度太低，属于非常困难条件下巷道支护，采用何种支护方式才能确保巷道的安全使用以及后期工作面的安全回采，是困扰广大工程技术人员的一大技术难题。

该难题如能得到解决，不仅可以解决特厚松软煤层沿底板布置巷道支护技术难题，同时可以大大减轻工作面回采工作量，也为同类条件下回采巷道的合理布置及巷道支护提供参考和理论依据，同时也为煤炭资源的开采最大化和经济效益最大化提供科学依据和技术保障。为此，开展特厚松软煤层支护技术研究是非常必要的。不仅是对锚杆支护成套技术的重要补充，而且对矿井实现高产高效具有重要意义。

（二）国内外研究开发现状和发展趋势

在国外，澳大利亚是研究和使用锚杆支护水平较高的国家，自采用长壁开采方法以来，工作面上下顺槽均采用W型钢带组合锚杆支护，其巷道断面大达15m2以

上。在巷道交岔点、大断面硐室及围岩松软破碎的条件下，采用锚杆支护并辅以锚索补强措施，取得了良好的支护效果。美国也是大面积采用锚杆支护的国家，根据围岩条件不同，采用不同的锚杆支护形式。但这两个国家开采深度较小，围岩条件也较好、支护难度相对较小。英国、德国等国家开采深度较大，地质条件复杂，在最近十多年来锚杆支护技术发展迅速。在深井高应力复杂条件下煤巷锚杆支护方面，主要采用联合支护方法，注浆全长锚固，岩体注浆，使用高强度、可延伸锚杆和锚索等。这些方法可有效地控制高应力复杂条件下煤巷的支护问题，但其支护成本较高。

在国内，锚杆支护技术也得到了长足的发展。通过国家“八五”攻关项目的研究，使Ⅰ～Ⅲ类回采巷道锚杆支护应用得到了全面的推广。在“九五”期间，又展开了对Ⅳ、Ⅴ类困难条件煤巷锚杆支护技术配套技术的研究，是我国在锚杆支护技术理论、支护方法、支护材料、机具等方面有了显著的进步，特别是开发研制了小孔径树脂锚固预应力锚索，并在综放全煤巷道、破碎顶板条件、深井高应力条件、冲击地压等困难条件煤巷锚杆支护研究取得了一批科研成果，进一步扩大了锚杆支护的应用范围和推广面积。

近两年来，潞安矿区煤巷锚杆支护技术发展十分迅速。经过近几年的集中攻关，圆满完成了“潞安矿区煤巷锚杆支护成套技术研究”项目，取得多项突破性进展。基本解决了综采放顶煤开采中遇到的巷道支护难题，显著扩大了锚杆支护使用范围和使用量，取得巨大的技术经济效益和社会效益，使潞安矿区巷道支护技术水平上了一个新台阶。近年来，随着我国煤矿采深的不断增加，以及要求在高应力条件下巷道支护的应用，对锚索强度、延伸率及全长锚固技术要求越来愈迫切，高强度大延伸率全断面锚索支护技术的研究和推广势在必行，为解决高应力回采巷道留顶煤维护提供了有效途径。

（三）现有研究基础、特色、拟承担单位的技术优势和条件

近年来，孟家窑煤业一直致力于煤巷锚杆支护技术的研究、试验和推广应用。在围岩地质力学测试、锚杆支护设计、支护和材料、施工工艺、矿压监测方面都有良好的基础。近两年，在巷道支护方面，针对巷道条件，先后进行了锚杆支护理论和现场试验研究，取得了一定的效果，同时积累了丰富的经验。

公司开采设计事业部是全国煤矿行业单体支柱技术和巷道支护技术的归口单位，主导专业研究开发领域包括：矿井设计、工程监理、煤矿高效洁净开采成套技术、工艺与设备总体配套，矿山压力与岩层控制，特殊开采，开采沉陷与地面保护，回采工作面与巷道支护，液压支架设计与开发、巷道掘进与支护

工程承包等。开采设计事业部科技开发力量雄厚，建所__年来，共完成国家、省部级科研课题406项，其中218项获国家或省部级科技进步奖。现有1000多台各类先进的科学仪器和实验装置。由开采所事业部自主开发的煤巷锚杆支护成套技术与装备、特殊采煤技术、工作面支护技术、综采工作面自动监测系统等技术和产品居国际领先或国际先进水平。特别是在巷道支护方面，到目前为止，已形成了包括地质力学测试、锚杆支护设计、锚杆支护材料、施工机具和工艺，以及矿压监测仪器在内的锚杆支护成套技术与加固技术。这些技术已应用于我国许多矿区，取得很大的技术经济效益。开采所拥有FLAC3.3、FLAC3D和3DEC等大型数值计算软件，用于围岩应力、变形破坏分析、支护设计；光导纤维钻孔窥视仪、声波多点位移计、离层指示仪、测力锚杆等仪器用于矿压监测。所有这些先进软件、仪器可直接运用于孟家窑煤业。20__年，开采所针对软弱破碎煤岩体及高应力条件又研制开发了强力锚杆锚索支护系统，并对锚杆支护系统中的各个细小部件进行了细微化研究，完全可以满足高应力条件下巷道支护的要求。并在此基础上提出了临界值护强度的理念，在高应力矿井支护中对原来的支护理论提出了强力的挑战。

以上这些成果，为本项目的顺利完成奠定了良好的基础，同时，公司开采设计事业部和孟家窑煤业煤矿一直保持良好的合作关系，对孟家窑煤业煤矿的地质和生产条件比较熟悉，这也为本项目的顺利完成奠定了良好的技术。

（四）项目总体目标、研究内容、技术关键和创新点，关键技术内容可能取得的专利及知识产权分析、具体考核指标

1、项目总体目标：

解决特厚松软煤层沿底板巷道支护技术难题。

2、项目研究内容：

(1)试验巷道生产与地质条件现场调查

调查试验巷道支护状况及附近地质构造详细分布情况，原岩应力分布、围岩强度及节理裂隙发育程度，分析影响特厚松软煤层沿底板布置巷道变形因素。

(2)理论分析、数值计算

研究特厚松软煤层沿底板巷道围岩应力分布特征，掌握该条件下围岩应力分布与巷道变形之间的规律，为支护方案设计提供理论依据。

(3)特厚松软煤层巷道支护系统结构设计

对与高预应力锚杆配套的树脂锚固剂、托板、垫圈等的进行研发、改进与选型，使其与锚杆匹配；优化锚索托盘、球垫等构件。

(4)支护方案设计

采用理论分析和数值模拟计算软件进行计算，多方案比较，得出比较合理的巷道锚杆支护技术参数，根据试验巷道具体条件，提交支护方案。

(5)井下试验，优化施工工艺

在孟家窑煤业选择5号煤层底板布置巷道进行试验，确定出比较合理的锚杆、锚索支护施工工艺。

(6)矿压监测

针对试验巷道具体地质条件，设计矿压监测方案，在试验巷道设置矿压监测测站，每段不少于2个测站，监测顶板离层、表面位移、锚杆与锚索受力。

(7)总结理论分析、数值模拟与井下试验成果，评价支护效果。

3、项目技术关键：

（1）特厚松软煤层沿底板巷道支护系统开发；

（2）支护方案及支护参数的研究。

4、项目创新点和知识产权分析：

本项目研究内容包括运用现场调查、理论分析、数值模拟分析、研究与开发、支护设计、井下施工与矿压监测指导等诸多内容。其有以下特点：

(1)项目具有创新性。本项目开发的特厚松软煤层沿底板布置巷道支护技术，研究内容新颖，技术含量高。

(2)项目具有先进性。本项目的研究和试验工作是在国内外先进技术、经验基础上进行的，具有较高的起点。研究成果将达到国内领先水平。

(3)项目具有显著的技术经济效益。本项目研究成果，解决了特厚松软煤层沿底板布置巷道支护技术难题，提高了支护的安全可靠性。

本项目成果可应用于解决特厚松软煤层沿底板布置巷道支护技术问题。该项目的成果完善潞宁矿区困难条件下巷道支护技术，具有非常广阔的应用前景。有利于高产高效，具有显著的经济效益和社会效益。技术成果与资料双方共享。

5、项目主要技术经济指标：

(1)开发的支护系统满足巷道支护的需要，显著降低巷道变形，确保巷道安全。

(2)试验巷道不小于200m。

（五）技术工艺路线、研究方案、组织方式与课题分解

课题分解

(1)制定项目整体方案；

(2)参与支护设计；

(3)购置井下监测与试验所需的全部材料和设备；

(4)组织井下试验；

(5)参加研究报告编写。

公司开采设计事业部：

(1)负责地质力学调查及资料收集；

(2)负责理论分析、数值计算；

(3)负责支护设计；

(4)指导井下监测和试验；

(5)编写项目研究报告。

（六）预期应用或产业化前景、市场需求

项目总体研究成果将达到国内领先水平。项目研究方法和成果将进一步完善孟家窑煤业巷道支护技术，减少巷道维修工程量，满足矿井安全生产需要以达到安全、经济、有效的目标。并为孟家窑煤业特厚松软煤层沿底板巷道支护技术提供科学依据和实用技术手段，该技术不仅适合于孟家窑煤业，同时也为全国范围内相同条件下巷道的支护提供了有利的参考。

总体来看，实施本项目将产生显著的经济、社会效益及投入产出效果。项目研究成果将解决五阳煤矿面临的实际生产问题，有十分重要的指导意义、参考价值和广阔的推广应用前景。

（七）地点、试验规模和进度安排

本项目的试验地点拟选在孟家窑煤业沿5号煤层底板布置巷道，计划用一年的时间完成本项目的全部研究工作。

项目进度安排如下：

20__.01-03：试验巷道生产与地质条件现场调查；

20__.04-06：理论研究分析，数值模拟分析。

20__.07-08：强力锚索支护系统开发及配套的树脂锚固剂、托板、垫圈等的改进与研制；

20__.09-11：特厚松软煤层沿底板巷道支护初始设计及矿压监测设计；

20__.12-20__.09：井下试验，优化施工工艺，矿压监测；

20__.10-11：总结研究成果。