沙曲礦高瓦斯厚煤層沿空留巷技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用

武金福

(華晉焦煤集團(tuán) 沙曲礦,山西 柳林 033300)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

沙曲礦高瓦斯厚煤層沿空留巷技術(shù)優(yōu)化與應(yīng)用

武金福

(華晉焦煤集團(tuán) 沙曲礦,山西 柳林 033300)

華晉焦煤沙區(qū)礦為高瓦斯突出礦井，24207膠帶巷以及24208膠帶巷存在沿空留巷斷面不足，通風(fēng)阻力增大等問(wèn)題。提出對(duì)24306工作面從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等方面進(jìn)行沿空留巷技術(shù)優(yōu)化，提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本；減小了巷道掘進(jìn)量；緩解了生產(chǎn)銜接緊張的問(wèn)題；回收了保護(hù)煤柱，提高了資源采出率。

高瓦斯；厚煤層；沿空留巷

華晉焦煤沙曲礦為高瓦斯突出礦井，為治理瓦斯，提高資源回采率，該礦引進(jìn)了沿空留巷“Y”型通風(fēng)無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)。針對(duì)24207膠帶巷3.5 m寬墻體機(jī)械模板沿空留巷技術(shù)的缺陷，以及24208膠帶巷1.0 m寬墻體錨柱網(wǎng)鑄混凝土沿空留巷技術(shù)存在的切頂錨柱承載載荷不足,導(dǎo)致墻體留巷側(cè)頂板下沉量較大,造成沿空留巷斷面不足,通風(fēng)阻力增大等問(wèn)題。有必要從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮沿空留巷的特點(diǎn)，降低留巷成本，提高資源采出率。

1 工作面概況

沙曲礦24306工作面位于礦井北翼三采區(qū)，沿煤層傾向布置，3+4#煤層合并開(kāi)采。開(kāi)采煤層厚度為3.5～4.3 m，平均厚度4.2 m. 煤層直接頂為泥巖，厚度為4.9 m；基本頂為中砂巖，厚度為6.0 m；直接底為1.2 m厚的中砂巖；基本底為1.6 m厚的粒砂巖。預(yù)計(jì)24306工作面在回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量將達(dá)到20～25 m3/min.

2 留巷墻體寬度優(yōu)化

2.1 沿空留巷支護(hù)體寬度計(jì)算

沿空留巷支護(hù)體中的載荷可由式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

q—充填體載荷,t/m2；

bB—充填體內(nèi)側(cè)到煤壁的距離,m；

x—充填體寬，m，取2.0；

bc—充填體外側(cè)懸頂距,m；

γs—巖石平均容重，t/m3，取2.5；

h—煤層平均采厚，m，取4.2；

c/—剪切角，(°)，根據(jù)冒落帶高度取26.

經(jīng)計(jì)算，q值約為363.6 t/m2，則靜阻力載荷約為3.64 MPa. 考慮到基本頂來(lái)壓時(shí)下位巖層及充填體的動(dòng)載系數(shù)為靜載系數(shù)的2～6倍，即7.28～21.84 MPa，而根據(jù)充填材料的強(qiáng)度試驗(yàn)，其最大承載極限可達(dá)到30 MPa以上，則墻體寬度定為2.0 m，可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

2.2 工程類(lèi)比

根據(jù)類(lèi)比認(rèn)為，沿空留巷充填墻體寬度的變化對(duì)巷道圍巖的應(yīng)力分布與形變有較為明顯的影響，隨著墻體寬度的增加，巷道圍巖應(yīng)力與變形均有所改善。同時(shí)，墻體寬度應(yīng)存在一個(gè)最優(yōu)值，當(dāng)寬度小于最優(yōu)值時(shí)，墻體寬度的增加可明顯改善巷道圍巖的應(yīng)力與變形，而當(dāng)墻體寬度大于最優(yōu)值時(shí)，這種僅靠增加墻體寬度而使巷道維護(hù)狀況得到改善的作用便不再明顯。根據(jù)24207、24208工作面工程類(lèi)比結(jié)果的各種分析，可以確定墻體寬度的最優(yōu)值應(yīng)為1.5～3.0 m.

2.3 墻體寬度的確定

根據(jù)沿空留巷支護(hù)體的工作阻力載荷計(jì)算、工程類(lèi)比結(jié)果、礦井已留巷工作面的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，墻體寬度確定為2.0 m，可滿(mǎn)足留巷需要。

3 沿空留巷技術(shù)優(yōu)化

3.1 工作面開(kāi)缺口寬度及高度、支護(hù)方式的優(yōu)化

為保證留巷寬度，給留巷立模留出安全作業(yè)空間，并降低充填墻體承載載荷，要求在回采前對(duì)24306軌道巷回采側(cè)煤壁進(jìn)行開(kāi)缺口(擴(kuò)幫)處理，擴(kuò)幫采用打眼放炮的方式。開(kāi)缺口超前工作面3～5 m，墻體寬度2.0 m，因原巷道寬度為4.6 m，留巷設(shè)計(jì)寬度為4.0 m，巷內(nèi)留墻0.6 m，考慮采空區(qū)側(cè)回撤護(hù)墻單體液壓支柱所需空間，故確定開(kāi)缺口寬度為2.7 m，高度根據(jù)打設(shè)錨桿作業(yè)要求確定為2.6 m. 為有效解決采空區(qū)切頂問(wèn)題，在靠近采空側(cè)全部打設(shè)一排切頂錨索；為減輕充填墻體自身承載載荷，在墻體上方打設(shè)一排減壓錨索。具體支護(hù)方式：頂板采用d21.8 mm×6 250 mm鋼絞線(xiàn)錨索、d22 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿配合2.7 m長(zhǎng)四眼“W”鋼帶及5 m×1.0 m菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，見(jiàn)圖1.

圖1 24306工作面開(kāi)缺口段頂板支護(hù)示意圖

3.2 柔模袋拉筋孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)布筋穩(wěn)固墻體要求，消除柔模袋充填受漿體擠壓出現(xiàn)外鼓等問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)柔模袋采用長(zhǎng)為2.4 m、3.0 m、3.6 m,寬2.0 m×高4.5 m三種規(guī)格柔模袋。具體見(jiàn)圖2.

圖2 24306工作面柔模袋設(shè)計(jì)圖

3.3 立模及充填工藝優(yōu)化

1) 打設(shè)檔桿單體液壓支柱，隔離安全作業(yè)空間。

隨工作面回采的推進(jìn)，在采空側(cè)，即開(kāi)缺口頂板支護(hù)切頂錨索之間，以間距1 000 mm打設(shè)一排擋矸單體液壓支柱，單體液壓支柱打在經(jīng)緯網(wǎng)上，保證采空區(qū)冒落的矸石有效地控制在單體液壓支柱與擋矸網(wǎng)之外，隔離出安全作業(yè)空間。

2) 柔模袋內(nèi)布筋，加強(qiáng)墻體穩(wěn)定性。

柔模袋掛設(shè)完成后，在隔離墻體使用回收的圓鋼鋼帶配合圓鋼拉筋進(jìn)行加固，4眼圓鋼鋼帶長(zhǎng)度為2.7 m，垂直頂?shù)撞贾茫钜?guī)格為d18 mm×2 200 mm，拉筋間距0.8 m，排距0.6 m，最上一排拉筋距頂板1.1 m，最下一排拉筋距底板0.7 m. 在隔離墻內(nèi)側(cè)(采空側(cè))、外側(cè)(留巷側(cè))及采面?zhèn)葐误w液壓支柱內(nèi)側(cè)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片(0.9 m×1.7 m)，用回收的規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm的鐵墊片與圓鋼鋼帶固定在柔模袋外側(cè)。在墻體充填過(guò)程中利用圓鋼鋼帶、拉筋、鋼筋網(wǎng)使得柔模袋整體形成了鋼筋骨架，提升了整體的剛度及承載能力，可承受因混凝土充填期間產(chǎn)生的側(cè)向推力，且增加了墻體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。這種技術(shù)解決了之前24208工作面僅依靠單體液壓支柱充填受力損壞的問(wèn)題，而且單體液壓支柱布置于鋼筋網(wǎng)外側(cè)，可實(shí)現(xiàn)全部回收，見(jiàn)圖3.

圖3 24306軌道巷隔離墻布置圖

3.4 軌道巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

軌道巷頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)在原有全錨桿支護(hù)的W鋼帶的二、三眼位及四、五眼位中間緊壓鋼帶補(bǔ)打單錨索。錨索規(guī)格為d21.8 mm×6 250 mm，錨索間距為1 600 mm，排距為1 800 mm. 軌道巷煤柱幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)布置在原巷道支護(hù)的鋼帶排與排之間，采用鋼絞線(xiàn)錨索、W鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式，3眼W鋼帶的規(guī)格為2 100 mm×250 mm×3 mm，眼距為800 mm；錨索規(guī)格為d17.8 mm×4 250 mm. 以上補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)實(shí)施100 m后，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)情況，后期取消了補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，巷道兩幫的最大收斂值僅為50 mm，頂板的下沉量最大為110 mm，留巷超過(guò)工作面100 m之后，巷道頂板下沉及兩幫收斂處于穩(wěn)定狀態(tài)，順槽控制圍巖效果良好。

4 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

24306軌道巷沿空留巷墻體寬度減少1.5 m，減少充填直接材料費(fèi)用5 816.7元/m，按照回采推進(jìn)1 400 m計(jì)算，節(jié)省費(fèi)用814.3萬(wàn)元。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)優(yōu)化后，節(jié)省錨桿、鋼帶、錨索、菱形網(wǎng)等支護(hù)材料費(fèi)用1 382.5元/m，可節(jié)省費(fèi)用186.6萬(wàn)元。沿空留巷采空側(cè)單體液壓支柱回收率可達(dá)50%以上，節(jié)省費(fèi)用224萬(wàn)元。

沙曲礦高瓦斯厚煤層工作面沿空留巷技術(shù)優(yōu)化研究，從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等方面進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，充分提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本。留巷內(nèi)圍巖穩(wěn)定，墻體無(wú)變形，保護(hù)煤柱可回收，最大限度地開(kāi)采了煤炭資源，為沿空留巷技術(shù)的大面積推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 朱 濤,張百勝,馮國(guó)瑞,等.極近距離煤層下層煤采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)與控制[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(2):190-193.

[2] 高明濤.沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)模型的建立及其穩(wěn)定性分析[C]//第十二次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)會(huì)議論文摘要集.2012.

[3] 李化敏.沿空留巷頂板巖層控制設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2000,19(5):651-654.

[4] 任存良.章村礦沿空留巷圍巖控制技術(shù)[J].煤礦安全,2013,44(9):103-106.

[5] 王建文.堅(jiān)硬灰?guī)r頂板沿空留巷技術(shù)研究及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2013,41(5):54-57.

Optimization and Application of Gob-side Entry Retaining Technology in High Gas Thick Coal Seam in Shaqu Coal Mine

WU Jinfu

Being a coal mine with potential gas outburst, problems of too small section and too big ventilation resistance troubles Shaqu coalmine in the No.24207 and No.24208 belt conveyor roadway which adopted the gob-side entry retaining technique. The paper proposed measures to optimize the technology of gob-side entry retaining by selecting the right process, by determining the best width of the retaining wall, by further reinforcement of the roadway. The optimization is of significance in speeding up the engineering, in reducing the cost of the roadway, in improving the recovery of protective pillar, it is also conducive for the tension relief in production linkage.

High gas; Thick coal seam; Gob-side entry retaining

2016-11-23

武金福(1964—)，男，山西太原人，1985年畢業(yè)于大同煤炭學(xué)校，工程師，主要從事煤礦采掘技術(shù)工作

(E-mail)sqsjklb@163.com

TD353

B

1672-0652(2017)01-0014-03