岳城煤礦綜采下分層沿空掘巷技術(shù)研究

(E-mail)fhskscbpyj@126.com

岳城煤礦綜采下分層沿空掘巷技術(shù)研究

彭業(yè)晉

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 沁秀煤業(yè)有限公司，山西晉城048007)

摘要為提高礦井資源回收率及萬(wàn)噸掘進(jìn)率，根據(jù)岳城煤礦3`#煤地質(zhì)條件和煤層賦存狀況，對(duì)綜采下分層回采巷道采用沿空掘巷工藝進(jìn)行技術(shù)研究，使巷道避開圍巖支撐壓力極值，有效控制圍巖變形程度。在數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上，提出了岳城煤礦3`#煤下分層工作面之間留設(shè)4 m、下分層巷道外錯(cuò)上分層7 m的留設(shè)煤柱最佳尺寸，并對(duì)此條件下的頂板、瓦斯管理存在的問題提出了解決方案。結(jié)果表明，該方案的實(shí)施，使煤柱能得到充分回收，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為下分層沿空掘巷提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐支持。

關(guān)鍵詞綜采下分層；沿空掘巷；應(yīng)用方案

收稿日期：2014-12-19

作者簡(jiǎn)介：彭業(yè)晉(1967—)，男，四川岳池人，2012年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作

中圖分類號(hào)：TD263

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)01-0028-03

AbstractIn order to improve the mine resource recovery rate and the drivage rate of ten thousand tons, according to the geological condition and the occurrence condition of No.3 coal seam in Yuecheng coal mine, adopts the technology of gob-side entry driving to research fully mechanized mining lower slice mining roadway, to avoid the roadway support pressure extremum of surrounding rock, effectively control the deformation of surrounding rock. On the basis of numerical simulation analysis, puts forward that the optimum size of reserved coal pillar between lower slice working face is 4 m, and the lower slice roadway staggers from the lateral upper slice is 7 m in No.3 coal seam of Yuncheng coal mine. Puts forward the solutions to existing problems of roof and he gas management. The results show that the scheme makes the coal pillar recovery sufficient, and the economic benefits are remarkable, it can provide a theoretical basis and practical support for lower slice gob-side entry driving.

山西晉城沁水煤田的多數(shù)礦井在工作面回采時(shí)都采用留設(shè)大煤柱進(jìn)行回采護(hù)巷，即在工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷之間留設(shè)一定寬度(一般為25 m)的煤柱，使順序接替的下一個(gè)工作面所利用的巷道避開圍巖支撐壓力極值。工作面準(zhǔn)備時(shí)采用雙巷掘進(jìn)，其技術(shù)管理、現(xiàn)場(chǎng)安全管理都比較簡(jiǎn)單，但是工作面煤柱損失較高，最高達(dá)30%左右，且預(yù)留巷道受采動(dòng)影響，煤柱壓力向巷道底板傳遞，影響鄰近工作面回采和底板巷道的穩(wěn)定。巷道需多次重復(fù)維修，工作量大，增加了成本投入，且25 m煤柱不易回收，造成煤炭資源的浪費(fèi)。

1基本概況

晉城煤業(yè)集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司岳城煤礦，位于山西省晉城市沁水縣趙莊村，屬沁水煤田東南部，井田面積約14 km2，為高瓦斯礦井。目前，回采3#煤層，煤層均厚6.1 m， 3#煤層位于山西組下部，上距K8砂巖34.9 m，下距K7砂巖2.1 m，距9#煤層47.2 m.采用綜合機(jī)械化分層開采。

在進(jìn)行上分層回采時(shí)，因3#煤瓦斯較高，為確?；夭蓵r(shí)上隅角瓦斯不超限，工作面采用四巷布置，分別為進(jìn)風(fēng)巷、運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷及瓦斯尾巷，進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷之間煤柱為25 m.在進(jìn)行下分層工作面布置時(shí)，采用內(nèi)錯(cuò)式巷道布置，下分層巷道一般內(nèi)錯(cuò)上分層回采巷道15 m，造成下分層工作面長(zhǎng)度減少30 m，增加了萬(wàn)噸掘進(jìn)率，同時(shí)，將下分層工作面之間的煤柱增加到55 m左右，使該煤柱很難回收，造成該礦煤炭資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。3#煤層上下分層巷道布置示意圖見圖1.

圖1　3 #煤層上下分層巷道布置示意圖

23#煤層沿空掘巷技術(shù)的應(yīng)用方案

為提高礦井資源回收率及萬(wàn)噸掘進(jìn)率，根據(jù)岳城煤礦目前的生產(chǎn)狀況，針對(duì)3#煤傳統(tǒng)回采工藝中下分層工作面之間留設(shè)的55 m煤柱回收困難的問題，將原來(lái)的內(nèi)錯(cuò)式布置改為采用下分層沿空掘巷技術(shù)，即留設(shè)小煤柱。

1) 下分層回采巷道合理位置確定。

岳城煤礦為高瓦斯礦井，下分層回采巷道合理位置確定應(yīng)遵循以下基本原則：a) 巷道要布置在上部煤層殘留區(qū)段的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，以避開煤柱壓力集中區(qū)，便于巷道維護(hù)。b) 盡可能減少煤柱損失。c) 確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，有效隔絕采空區(qū)漏風(fēng)。根據(jù)厚煤層分層回采，采用數(shù)值模擬方法，對(duì)不同寬度煤柱條件下應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行分析，掌握煤柱支撐壓力在底板的應(yīng)力分布規(guī)律，探討巷道在非均勻應(yīng)力場(chǎng)中極易變形和破壞的原因。在此基礎(chǔ)上，研究分析下分層回采巷道的合理位置。上部煤層不同煤柱寬度對(duì)底板巖層垂直應(yīng)力集中系數(shù)等值線分布圖見圖2.

a) 煤柱寬度為12 m時(shí)

b) 煤柱寬度為25 m時(shí)

由圖2可以看出，煤柱對(duì)底板的應(yīng)力分布有較大影響，煤柱下方應(yīng)力集中程度較高，向兩側(cè)逐漸遞減，且與煤柱留設(shè)寬度成反比例關(guān)系；底板的應(yīng)力分布具有明顯的不均勻性，離煤柱越近，應(yīng)力不均衡程度越大；離煤柱越遠(yuǎn)，則應(yīng)力分布狀態(tài)越趨于緩和。當(dāng)煤柱寬度為12 m時(shí)，應(yīng)力降低區(qū)(k≤1)距煤柱水平距離為6.2 m，傳遞影響角為42.5°(90-δ)；煤柱寬度為25 m時(shí)，應(yīng)力降低區(qū)距煤柱水平距離為3.8 m，傳遞影響角為29.3°.因此，下分層巷道合理位置，不但要考慮將巷道盡可能布置在采空區(qū)下方的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，還要考慮煤柱底板應(yīng)力場(chǎng)的不均衡程度對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)影響，使支架受力狀態(tài)更趨于合理，巷道更易于維護(hù)。

根據(jù)上述分析，結(jié)合以往的數(shù)值模擬結(jié)果可以確定，岳城煤礦3#煤層進(jìn)行下分層回采時(shí)，當(dāng)上部煤柱為25 m，下分層巷道內(nèi)錯(cuò)距離應(yīng)>7 m.

2) 下分層沿空掘巷巷道布置特征。

為避免回采巷道受煤柱側(cè)向支撐壓力的影響，上分層工作面回采結(jié)束待頂板銹結(jié)穩(wěn)定后，錯(cuò)開采掘交鋒可以進(jìn)行下分層巷道布置，將下分層回采巷道布置在采空區(qū)網(wǎng)下，形成下分層進(jìn)風(fēng)巷與上分層回風(fēng)巷外錯(cuò)，使上分層留設(shè)煤柱在下分層回采工作面上方。

下分層進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷沿3#煤底板布置，采用金屬支架支護(hù)，下分層進(jìn)風(fēng)巷外錯(cuò)上分層回風(fēng)巷7 m左右，相鄰工作面回風(fēng)巷與下分層進(jìn)風(fēng)巷形成沿空掘巷，留設(shè)4 m左右小煤柱?；夭晒ぷ髅嫦锏啦贾闷矫媸疽鈭D見圖3.

圖3　回采工作面巷道布置平面示意圖

3) 下分層工作面回采面臨問題及解決方案。

下分層沿空掘巷的關(guān)鍵是將上分層工作面之間的25 m煤柱布置在下分層工作面中部，煤柱下方應(yīng)力集中程度最高，對(duì)底板的應(yīng)力分布影響最大，煤柱下方的支架載荷較大，集中應(yīng)力有可能造成支架額定工作阻力不能滿足高應(yīng)力要求及綜采支架安全閥開啟的現(xiàn)象，需加強(qiáng)對(duì)下分層回采工作面的支護(hù)管理。

上分層進(jìn)四風(fēng)巷由于采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，強(qiáng)度較高，巷道不易垮落壓實(shí)，松散的矸石會(huì)從支架前方不斷冒落，支架不能接頂，容易發(fā)生工作面局部塌矸事故，需在上分層工作面回采時(shí)提前對(duì)進(jìn)四風(fēng)巷及聯(lián)絡(luò)巷鋪設(shè)金屬網(wǎng)。

4) 下分層回采工作面瓦斯涌出特點(diǎn)及治理措施。

岳城煤礦3#煤層平均厚度6.1 m，采用分層開采，瓦斯含量較大，上分層的開采破壞了瓦斯的原始賦存狀態(tài)，煤層中的瓦斯被部分釋放，下分層回采時(shí)，工作面瓦斯涌出量較低，瓦斯涌出量的變化幅度較小。

在沿空掘巷條件下，瓦斯管理的重點(diǎn)集中在中部的上分層進(jìn)四風(fēng)巷及聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，由于上分層工作面回采后，煤體內(nèi)裂隙發(fā)育，透氣性增強(qiáng)，巷道跨落不充分，有可能積聚高濃度瓦斯，下分層回采時(shí)將會(huì)造成工作面瓦斯超限，應(yīng)提前采取如下措施避免下分層工作面回采時(shí)發(fā)生瓦斯事故：a) 合理調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，控制好工作面總進(jìn)風(fēng)量，避免采空區(qū)瓦斯涌出。b) 提前對(duì)工作面中部的上分層巷道進(jìn)行預(yù)注漿封堵，埋管預(yù)抽放，減少沿空掘巷時(shí)瓦斯突然涌出。c) 掘進(jìn)巷道過斷層、煤體破碎帶等特殊構(gòu)造時(shí)，應(yīng)對(duì)構(gòu)造區(qū)巷道進(jìn)行封閉噴漿，封堵漏風(fēng)裂隙，防治采空區(qū)瓦斯涌入掘進(jìn)巷道。

3結(jié)論

1) 研究沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及進(jìn)行巷道圍巖控制的基礎(chǔ)是要充分了解巷道工程地質(zhì)條件和生產(chǎn)技術(shù)條件。經(jīng)模擬計(jì)算，岳城煤礦3#煤下分層綜采工作面之間留設(shè)4 m煤柱，下分層巷外錯(cuò)上分層巷7 m是安全可行的，煤柱能得到充分回收，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2) 區(qū)段煤柱的穩(wěn)定性直接影響巷道整體穩(wěn)定性。沿空掘巷窄煤柱承載能力低，工作面回采期間，采空區(qū)冒落矸石及巷道實(shí)體煤幫壓縮下沉，巷道圍巖活動(dòng)劇烈，窄煤柱兩側(cè)破碎區(qū)向煤柱中央發(fā)展而急劇變形，煤柱幫向巷道內(nèi)的移近量較大。因此，保持窄煤柱穩(wěn)定、控制煤柱變形程度，是沿空掘巷能否成功的關(guān)鍵技術(shù)。

3) 在上分層回采時(shí)需對(duì)順槽巷道及橫川底板鋪設(shè)金屬網(wǎng)及木底梁的方式加強(qiáng)支護(hù)，可以有效解決下分層工作面回采塌矸漏頂問題，為下分層工作面管理創(chuàng)造良好生產(chǎn)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]錢鳴高.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010：103-106.

[2]何滿潮.軟巖工程的理論與實(shí)踐[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996：31-36.

[3]申志平.沿空掘巷煤柱寬度與支護(hù)參數(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010(7)：31-34．

[4]鐘林.煤柱寬度對(duì)沿空巷道圍巖影響分析[J]．中國(guó)煤炭，2012(2)：53-56．

[5]趙國(guó)貞，馬占國(guó)，馬繼剛，等.復(fù)雜條件下小煤柱動(dòng)壓巷道變形控制研究[J].中國(guó)煤炭，2011，37(3)：52-56．

[6]陳科，柏建彪，朱琪.沿空掘巷小煤柱破壞規(guī)律及合理寬度的確定[J].煤礦安全，2009(8)：100-102.

Research on Fully Mechanized Mining Lower Slice Gob-side

Entry Driving Technology in Yuecheng Coal Mine

PENG Yejin

Key wordsFully mechanized mining lower slice; Gob-side entry driving; Application scheme

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·