礦壓觀測技術(shù)在沿空留巷的應(yīng)用

【摘要】通過分析對沿空留巷的理論研究及沿空留巷的礦壓觀測，合理確定巷道的支護方式，確保安全生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】礦壓觀測；矸石充填；經(jīng)濟效益

引言

沿空留巷是普遍使用的一種無煤柱護巷方式，是采煤方法的一項重大技術(shù)改革，對于提高煤炭采出，改善巷道維護、降低掘率，對避免因煤柱和丟煤等引起的井下災(zāi)害有著較好的經(jīng)濟、安全和社會效益。隨著煤層資源的減少，采掘接續(xù)矛盾日漸突出，探討和研究沿空留巷支護技術(shù)具有重要意義。

一、工程概況

正陽煤礦五采區(qū)4#右四工作面，工作面長度200m，推進長度510m，煤層傾角6～8°，該煤層厚度為1.4m，埋藏深度為310m。該工作面地質(zhì)構(gòu)造簡單?；夭晒に嚍楦邫n普通機械化采煤，采用單體液壓支柱配金屬鉸接梁支護頂板，工作面采用四排柱管理，上、下兩口設(shè)20m對柱，柱距為0.6m，排距為0.8m，最大空頂距為4.9m，最小空頂距為4.1m。支柱呈齊梁、齊柱正懸臂布置，超前掛梁，分段回柱，全部垮落法處理采空區(qū)。工作面設(shè)計使用MG132/320采煤機落煤，SGB-630/220刮板運輸機運煤，循環(huán)進度0.8m，下巷選用SGW-40T刮板運輸機轉(zhuǎn)載，SJ-80皮帶運輸?；夭蓵r對下巷4#右四巷進行沿空留巷作為右四工作面的回風(fēng)上巷，4#在掘進工程時右四巷沿煤層頂板拉底施工，巷道中高2.4m，中寬2.8m，掘進是采用三排1.8m螺紋鋼錨桿配W型鋼帶支護頂板，給沿空留巷創(chuàng)造了條件。

二、沿空留巷設(shè)計

1、沿空留巷圍巖變形分析

沿空留巷和回采面的圍巖變形和支護載荷特征規(guī)律基本一致，采空區(qū)頂板自上而下活動，形成沿空留巷和回采面均位于采空區(qū)邊界和煤體的交界處，其一側(cè)受到煤壁和支護系統(tǒng)的支撐，巷道上方裂隙帶巖層取得平衡之前傾斜下沉。

A-煤壁支撐影響區(qū)；B-離層區(qū)；C-重新壓實區(qū)；Ⅰ-垮落帶；Ⅱ-斷裂帶；Ⅲ-彎曲下沉帶；α-支撐影響角

沿空留巷圍巖變形隨第一回采工作面接近和遠離，經(jīng)歷一個由穩(wěn)定狀態(tài)到強烈活動又重新穩(wěn)定的過程。在第二工作面接近時，巷道變形再次強烈。沿空保留的區(qū)段平巷的維護過程范圍與巷道變形如表1-1所示。

巷道維護階段范圍（m）頂?shù)装逡平俣龋╩m/d）頂?shù)装逡平浚╩m）

第一次工作面前方不受回采影響～20<1

回采影響20～0V=550

第一次工作面后方回采強烈影響0～-60V=10Vmax=20～30200～300

緩和-60～-100V=3

重新穩(wěn)定-100～<1

第二次工作面前方二次采動影響40～0V=15Vmax=30～40200

根據(jù)對4#頂板巖性和錨索沿空留巷理論分析后初步確定沿空留巷矸石充填墻體寬為3.0m

2、頂板壓力計算

根據(jù)裂隙帶巖層運動影響下的頂板活動規(guī)律，可將巷道上方的直接頂頂板巖層看作是一端固支在煤壁里的懸臂梁，設(shè)煤壁邊緣的塑性區(qū)寬度為S1，根據(jù)頂板巖性分析確定S1為0.6m，則直接頂沿巷道方向每米的壓力為

Q=（S1+S2+S3）h

=（0.6+2.8+3.0）×2.7×25

=432kN/m

式中Q---沿空留巷每米頂板壓力

S1---懸臂梁沿煤壁邊緣的塑性區(qū)寬度，0.6m

S2---巷道頂板寬度，2.8m

S3---矸石充填墻支撐頂板寬度，3.0m

r----頂板巖石容重，25kN/m3

h---直接頂厚度，2.7m

M---采高

kp---巖石碎脹系數(shù)

矸石充填墻支撐強度為：

P墻=δ×S×3=0.5×103×3=1500kN/m

其中：δ——石墻承載力，取0.5MPa

4、錨索支護強度計算：

設(shè)計選用煤礦目前常用的錨索，即低松弛級∮15.2mm，強度級別為1860MPa的鋼絞線。鋼絞線由7根∮5mm的鋼絲組成，屈服載荷為221.5kN。

錨索長度為：

L=L1+L2+L3=0.3+3.2+1.5=5.0m

根據(jù)錨索的支護機理，為保證錨索錨入穩(wěn)定巖層，布置錨索時向采空區(qū)側(cè)傾斜10°?？紤]到頂板壓力的不穩(wěn)定性，實取錨索間距為2m。

三、留巷礦壓觀測及分析

在施工的過程中，要針對沿空留巷這一結(jié)構(gòu)的特殊性制定科學(xué)有效的施工方案，并及時觀測，結(jié)合實際情況進行科學(xué)分析。采用動態(tài)觀測的方法，在施工過程中每隔3米就在沿空留巷內(nèi)建立一個測點，對兩幫移近量和頂?shù)椎囊平孔黾皶r的測量計算，以保證工程的質(zhì)量。同時，隨著施工進程的推進，在連續(xù)的120米的沿空留巷進行觀測、并對其進行初次來壓和2次周期來壓，計算并統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對已有數(shù)據(jù)的細致分析后可以看出，留巷段0～10m范圍內(nèi)巷道的變形較為劇烈，是留巷支護的增阻階段，次階段的留巷石墻正在逐漸壓實；在10～40m范圍的巷道變形非常劇烈，是留巷支護的恒阻階段，此階段的留巷石墻已經(jīng)十分結(jié)實，能夠?qū)α粝镯敯迤鸬接行У闹巫饔?。通過對留巷礦壓觀測及對觀測結(jié)果的分析，可以看出留巷段平均頂?shù)装逡平繛?00mm，兩幫移近量為150mm，這個距離足夠?qū)ο乱粋€工作環(huán)境予以支持，能滿足安全生產(chǎn)的需要。因此證實了沿空留巷的支護試驗在技術(shù)實踐上是可行的，并且具有科學(xué)性，能進一步提高工程施工的效率，保證工程的質(zhì)量。

四、結(jié)論

礦壓觀測技術(shù)在應(yīng)用到沿空留巷的工程施工中，是我國沿空留巷的相關(guān)施工工程中的巨大創(chuàng)新，改變了傳統(tǒng)的施工方式，大大的提高了施工效率，并且保證了工程的質(zhì)量。通過實際的施工經(jīng)驗總結(jié)，可以看出，將礦壓觀測技術(shù)在應(yīng)用到沿空留巷的工程施工中可以改變沿空留巷的施工過程中接續(xù)緊張這一局面，并且采用了錨索、石墻聯(lián)合支護的新式施工方法，能夠使施工取得良好效果。

創(chuàng)造了經(jīng)濟效益和社會效益，具有以下優(yōu)點：

1、施工工藝簡單，易操作，提高回采工作面回采速度，工人勞動強度低，降低沿空留巷的巷道復(fù)修率。

2、提高了煤炭的回收率，取消了區(qū)段煤柱，多回收煤炭0.5萬噸，直接經(jīng)濟效益200萬元。

3、少掘進一條巷道，沿空留巷后節(jié)省掘進工程量510m，節(jié)省人工費用31.5萬元，材料費用43.6萬元。

4、縮短采掘接續(xù)工期3個月，緩解了礦井采掘接續(xù)。