煤礦回采工作面沿空掘巷布置方式的研究與應(yīng)用

陳思伶

摘 要：對(duì)于煤礦井下開(kāi)采而言，回采工作面巷道布置方式常分為有煤柱護(hù)巷和無(wú)煤柱護(hù)巷。由于無(wú)煤柱護(hù)巷具有煤炭回收率高、綜合施工進(jìn)度快的優(yōu)點(diǎn)，常為煤礦所采用。在無(wú)煤柱護(hù)巷布置方式中，沿空掘巷具有巷道壓力小、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，更是受到煤礦（特別是小煤礦）企業(yè)的青睞。就煤礦回采工作面巷道布置方式展開(kāi)探討，同時(shí)結(jié)合實(shí)例對(duì)煤礦在采用沿空掘巷布置方式的礦壓和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行分析，并對(duì)沿空掘巷掘進(jìn)及生產(chǎn)時(shí)的保障措施進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；回采工作面巷道；無(wú)煤柱護(hù)巷；沿空掘巷

中圖分類(lèi)號(hào)：TD322 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.123

煤炭為不可再生資源，煤炭的開(kāi)采和利用與人類(lèi)的生存、社會(huì)的進(jìn)步的關(guān)系密切。對(duì)于煤礦開(kāi)采而言，在保證安全的前提下，能充分回收煤炭資源不僅能讓煤礦企業(yè)獲得更高的利潤(rùn)，更是對(duì)煤炭這一不可再生資源的一種保護(hù)。為了能更充分地回收煤炭資源，煤礦應(yīng)對(duì)回采工作面巷道布置方式進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

1 回采工作面巷道布置方式

1.1 巷道布置方式

煤礦回采工作面巷道布置方式有多種，按回采工作面巷道側(cè)是否留設(shè)煤柱分類(lèi)，可分有煤柱護(hù)巷和無(wú)煤柱護(hù)巷；按工作面運(yùn)輸巷道數(shù)量分類(lèi)，可分為雙（多）巷布置和單巷布置。雙（多）巷布置為有煤柱護(hù)巷，單巷布置為無(wú)煤柱護(hù)巷。由于采用雙（多）巷布置方式時(shí)巷道布置數(shù)量較多，巷道掘進(jìn)及維護(hù)工程較大，該方式常為綜采放頂煤高瓦斯礦井所采用。

雙巷布置即回采工作面運(yùn)輸巷為雙巷，分別為運(yùn)輸巷和軌道巷，兩巷之間留設(shè)20左右的保護(hù)煤柱。由于煤柱的保護(hù)作用，上區(qū)段軌道巷可保留下來(lái)作為下區(qū)段的回風(fēng)巷。

單巷布置按回風(fēng)巷布置方式可分為沿空留巷和沿空掘巷。沿空留巷方式為采用一定的技術(shù)手段將上區(qū)段的運(yùn)輸巷重新支護(hù)保留下來(lái)作為下區(qū)段回風(fēng)巷使用。沿空掘巷與沿空留巷不同的是，上區(qū)段運(yùn)輸巷不再被支護(hù)保留作為下區(qū)段回風(fēng)巷，下區(qū)段回風(fēng)巷為沿著上區(qū)段采空區(qū)邊緣進(jìn)行重新布置。

1.2 巷道布置方式比較

1.2.1 雙巷布置方式

雙巷布置回采工作面巷道采用雙巷掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)工作面通風(fēng)及排水相對(duì)容易，安全性較高。掘進(jìn)過(guò)程中，軌道巷超前運(yùn)輸巷，超前軌道巷沿煤層布置。在掘進(jìn)過(guò)程中，可進(jìn)一步摸清煤層變化情況，可為運(yùn)輸巷的掘進(jìn)定向。在回采過(guò)程中，工作面運(yùn)輸巷隨著回采工作的推進(jìn)而報(bào)廢，不需要進(jìn)行特殊的維護(hù)；同時(shí)，由于雙巷間煤柱的保護(hù)作用，軌道巷受回采的影響較小，維護(hù)工程量較小。工作面運(yùn)輸巷和軌道巷間設(shè)置聯(lián)絡(luò)巷，方便煤炭、材料運(yùn)輸以及通風(fēng)和行人。該方式的主要缺點(diǎn)是巷道掘進(jìn)時(shí)工作量較大；雙巷間煤柱得不到完全回收，煤柱損失量較大；以及軌道巷維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高。

1.2.2 沿空留巷布置方式

沿空留巷為單巷布置方式之一。由于該方式不需要重新布置下區(qū)段回風(fēng)巷，下一區(qū)段回采工作面僅需掘進(jìn)一條回采巷道即可，掘進(jìn)工程量較小，所需掘進(jìn)時(shí)間較短，回采工作面接替容易；同時(shí)，由于未進(jìn)行煤柱留設(shè)，無(wú)煤柱損失，煤炭回收率較高。但上區(qū)段運(yùn)輸巷留巷期間工作面前后方以及回采期間工作面前方頂板來(lái)壓較大，維護(hù)較為困難，安全性較低；且維護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用較高。

1.2.3 沿空掘巷布置方式

沿空掘巷為單巷布置方式之一，下區(qū)段回風(fēng)巷緊鄰上區(qū)段采空區(qū)進(jìn)行掘進(jìn)布置。由于該方式回風(fēng)巷為重新布置，回風(fēng)巷在掘巷時(shí)可根據(jù)靠近煤柱一側(cè)的地應(yīng)力場(chǎng)的影響范圍選擇留設(shè)小煤柱或不留設(shè)煤柱進(jìn)行布置，避開(kāi)了高應(yīng)力區(qū)域，從而提高了安全性；同時(shí)，該方式只留設(shè)了少量煤柱或未留設(shè)煤柱，煤柱損失較小，煤炭回收率較高，而且工作面在回采過(guò)程中對(duì)工作面巷道不需進(jìn)行額外維護(hù)，費(fèi)用較低。

經(jīng)過(guò)以上三種巷道布置方式的比較，沿空掘巷在安全性、煤炭回收率、綜合施工進(jìn)度及巷道維護(hù)費(fèi)用等方面都表現(xiàn)出較大的優(yōu)點(diǎn)。從安全性、節(jié)約煤炭資源，提高煤礦效益考慮，沿空掘巷巷道布置方式均存在一定的優(yōu)勢(shì)。

2 沿空掘巷應(yīng)用實(shí)例

本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，結(jié)合新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦3402W回采工作面在采用沿空掘巷方式布置回采巷道時(shí)，在礦壓和經(jīng)濟(jì)方面所體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行闡述，并進(jìn)行探究。

2.1 應(yīng)用實(shí)例

該煤礦3402W回采工作面走向長(zhǎng)為1.3 km，煤層厚為2.6 m。煤層頂、底板巖性均為粉砂巖，且部分頂板為復(fù)合頂。

3402W回采工作面為3401W回采工作面的接替工作面，緊鄰3401W回采工作面布置。礦方在布置3402W回采工作面巷道時(shí)，為減少掘進(jìn)工作面受3401W回采工作面采動(dòng)及采空區(qū)的影響，決定采用沿空掘巷方式。同時(shí)，為防止掘進(jìn)工作面受采空區(qū)竄矸、采空積水和有毒有害氣體涌入的影響，以及減少回采工作面漏風(fēng)現(xiàn)象，礦方采用了留小煤柱的沿空掘巷方式。

2.2 應(yīng)用效果

2.2.1 礦壓方面

礦井采用沿空掘巷后，巷道變形共經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一階段：開(kāi)掘期。巷道開(kāi)掘后由于地應(yīng)力的重新分布，在巷道頂板及兩幫產(chǎn)生了應(yīng)力集中，并產(chǎn)生了明顯變形。據(jù)觀察，巷道開(kāi)掘時(shí)頂板下沉速度為7.5 mm/d，兩幫為23 mm/d。但在巷道開(kāi)掘24 h后，巷道頂板及兩幫變形速度逐漸較少，并在1個(gè)月后基本穩(wěn)定。

第二階段：穩(wěn)定期。巷道圍巖變形穩(wěn)定后，由于應(yīng)力的重新分布及平衡，巷道變形處于穩(wěn)定微小的速度。

第三階段：采動(dòng)影響期。回采工作面進(jìn)行回采時(shí)，由于地應(yīng)力平衡再次被打破，巷道圍巖出現(xiàn)了明顯的變形。據(jù)觀察，變形范圍為工作面前70 m，頂?shù)装遄冃嗡俣葹? mm/d，且隨工作面的推進(jìn)而增大。但變形后的巷道基本符合礦井正常生產(chǎn)使用要求。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)方面

礦井在采用沿空掘巷后，由于減少了巷道維護(hù)費(fèi)用，且提高了煤炭回收率，收益明顯提高。經(jīng)綜合比較，礦井采用沿空掘巷后，回采工作面巷道的布置費(fèi)用減少約少200元/m。

3 沿空掘巷保障措施

煤礦企業(yè)在采用沿空掘巷方式布置回采工作面巷道時(shí)，雖然在安全和經(jīng)濟(jì)方面均體現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)，但由于下區(qū)段回風(fēng)巷緊鄰上區(qū)段采空區(qū)進(jìn)行掘進(jìn)布置，巷道掘進(jìn)過(guò)程中受采空區(qū)影響較大，同時(shí)由于漏風(fēng)通道的存在，對(duì)煤礦通風(fēng)造成一定的影響。煤礦企業(yè)在施工及生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)制定相應(yīng)的安全保障措施，并按照煤礦安全規(guī)程第116條規(guī)定進(jìn)行防漏風(fēng)治理。

3.1 安全保障措施

安全保障措施有以下幾項(xiàng)：①掘進(jìn)前后巷道支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，減少掘進(jìn)工作面的空頂面積及空頂時(shí)間，防止因掘進(jìn)面應(yīng)力重新分布后造成圍巖破碎垮塌；②掘進(jìn)爆破時(shí)，應(yīng)采用少鉆孔、小藥量的炮孔布置方式，從而降低爆破震動(dòng)引起圍巖破碎垮塌；③對(duì)巷道支架進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用苷{(diào)整，并對(duì)靠近采空區(qū)及頂板側(cè)采用木板或荊條等材料進(jìn)行剎實(shí)；④為了防止采空區(qū)竄矸、采空積水和有毒有害氣體涌入掘進(jìn)工作面，可采用留小煤柱的沿空掘巷方式。

3.2 防漏風(fēng)措施

防漏風(fēng)措施有以下幾項(xiàng)：①充填堵漏法。采用水砂充填、灌注石膏帶、灌注泡沫水泥、壘筑矸石帶或壓注可縮性膠泥等堵漏技術(shù)。要求充填帶寬度不得小于3 m，充填應(yīng)做到密實(shí)、滿幫、滿頂。②掛簾法。沿巷道的頂部和兩幫使用不透氣、抗靜電、不延燃、耐撕裂以及在高溫氧化時(shí)不產(chǎn)生劇毒氣體的材料吊掛。掛簾應(yīng)順風(fēng)流方向搭接，吊掛接縫寬度不小于80 mm，接縫處用黏結(jié)劑黏合。兩幫到底板各多留0.3～0.4m長(zhǎng)的簾布，并用矸石或其他材料壓緊。③噴涂法。在巷道沿空的一幫及頂部靠采空區(qū)側(cè)的1/2寬度內(nèi)，采用不易燃、抗靜電、耐撕裂和不透氣的材料噴涂，噴涂厚度不小于50 mm。④壓差調(diào)節(jié)法。采取風(fēng)壓調(diào)節(jié)措施，減少沿空巷道和其采空區(qū)相聯(lián)通的巷道間風(fēng)流的壓力差，以減少它們之間的漏風(fēng)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)回采工作面巷道布置方式的探討，重點(diǎn)闡述了回采工作面巷道沿空掘巷布置方式及優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例闡述了煤礦在采用沿空掘巷布置方式后礦壓和經(jīng)濟(jì)方面所體現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)，還提出了在施工及生產(chǎn)過(guò)程中的安全措施，也闡述了在防漏風(fēng)方面應(yīng)采取的相應(yīng)保障措施。

參考文獻(xiàn)

[1]周宏偉，劉聽(tīng)成.我國(guó)無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)的應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理，1993（3）：165-167.

[2]李成銀，張彬.沿空掘巷技術(shù)的應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理，2001（4）：44-45.

[3]康紅普，顏立新.回采工作面多巷布置留巷圍巖變形特征與支護(hù)技術(shù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012（10）：2022-2036.

[4]回春偉.區(qū)段煤柱回采沿空留巷巷道布置技術(shù) [J].能源技術(shù)與管理，2014（12）：44-45.

[5]徐佑林，桂祥友.不同寬度煤柱下沿空掘巷數(shù)值模擬研究及應(yīng)用 [J].煤礦開(kāi)采，2011（10）：47-51.