晉城區(qū)域兼并重組礦井沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究

王平虎，王 春

(晉能集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

晉城區(qū)域兼并重組礦井沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究

王平虎，王 春

(晉能集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

針對晉城區(qū)域兼并重組礦井的特點(diǎn)，以晉城區(qū)域蓋州煤業(yè)和關(guān)嶺山煤業(yè)作為研究對象，對蓋州煤業(yè)切頂卸壓和關(guān)嶺山煤業(yè)柔?；炷?種沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，為晉城區(qū)域兼并重組礦井沿空留巷技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。研究結(jié)果表明：對于埋深較小、產(chǎn)能較大和煤層厚度較大的礦井，應(yīng)推廣應(yīng)用縮小煤柱或小煤柱等沿空掘巷技術(shù)；對于埋深較小、礦井產(chǎn)能較小和煤層厚度較小的礦井，應(yīng)推廣應(yīng)用切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)；對于埋深較大、礦井產(chǎn)能較小和煤層厚度較大的礦井，應(yīng)推廣應(yīng)用柔模混凝土沿空留巷技術(shù)。

兼并重組礦井；沿空留巷；切頂卸壓；柔模混凝土

沿空留巷是礦井巷道的一種二次利用方式，最初其目的是解決礦井的沖擊地壓和通風(fēng)等問題。隨著煤炭資源的枯竭和礦井產(chǎn)能的增加，對于埋深小于500m的礦井，沿空留巷主要目的是降低巷道掘進(jìn)率和提高采出率以及實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)；且隨著沿空留巷技術(shù)的進(jìn)展，該技術(shù)的應(yīng)用也從薄煤層逐漸向中厚煤層發(fā)展[1-3]。

煤層頂板賦存條件是沿空留巷的主要影響因素，主要包括巷內(nèi)支護(hù)和巷旁支護(hù)，弧形三角形懸板控制尤為關(guān)鍵。巷內(nèi)支護(hù)采用U型鋼支護(hù)，巷旁支護(hù)采用矸石堆垛、密集支柱、木垛、砌體墻、泵送高水速凝充填、模板澆注混凝土墻等[4-6]支護(hù)方式，這些支護(hù)方式中存在著墻體接茬、跑漿漏漿、勞動強(qiáng)度大和工作效率低等問題[7-8]，不適合回采速度較快的礦井應(yīng)用。晉能集團(tuán)在晉城區(qū)域擁有礦井27座，生產(chǎn)礦井14座，均為兼并重組礦井，這些礦井具有兼并重組礦井的井田面積小、資源儲量少、兼并礦井?dāng)?shù)量多和采空區(qū)多等一系列特點(diǎn)。自2015年以來，沿空留巷技術(shù)在晉城區(qū)域兼并重組礦井進(jìn)行了一系列的應(yīng)用，本文以晉城區(qū)域蓋州煤業(yè)和關(guān)嶺山煤業(yè)作為研究對象，對蓋州煤業(yè)切頂卸壓自動成巷和關(guān)嶺山煤業(yè)柔?；炷?種沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，為晉城區(qū)域兼并重組礦井沿空留巷技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 蓋州煤業(yè)9101工作面切頂卸壓自動成巷技術(shù)應(yīng)用

9101工作面應(yīng)用的是切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)，即110工法，1個采煤工作面掘進(jìn)1條工作面巷道，不留煤柱，主要內(nèi)容為：

(1)恒阻錨索吊頂，在工作面巷道距切縫線0.3m處，用恒阻大變形錨索對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)懸吊。

(2)定向爆破切頂，沿設(shè)計(jì)切頂線施工1排爆破孔，通過聚能切縫爆破，切斷巷道頂板與采空區(qū)頂板的連接，形成1個短臂梁。

(3)柱網(wǎng)結(jié)合擋矸，通過U型鋼柱、鋼筋網(wǎng)、菱形網(wǎng)，擋住切落的矸石，防止涌入巷道。

(4)架后單體支護(hù)，工作面架后采用單體液壓支柱配合π型鋼梁，對頂板強(qiáng)化支護(hù)。

(5)礦壓監(jiān)測，采用錨索應(yīng)力計(jì)、頂板離層儀、頂?shù)装逡平縿討B(tài)記錄儀、支架壓力表、架后支柱壓力表等儀器對其進(jìn)行礦壓監(jiān)測。

1.1 9101工作面煤層賦存特征

9101工作面為一采區(qū)首采工作面，埋深80m，煤層平均厚度1.62m，工作面長度180m，巷道長度1100m，煤層頂、底板均為堅(jiān)硬巖層，巷道沿煤層底板破頂掘進(jìn)，矩形斷面，錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，其中，回風(fēng)巷道斷面4.5m×2.6m，錨桿直徑20mm×2.4m，間排距1m×1m，錨索直徑17.8mm×6.3m，間排距2m×3m。

1.2 9101工作面切頂卸壓自動成巷技術(shù)實(shí)施

以9101工作面回風(fēng)巷距停采線120m起作為工業(yè)試驗(yàn)地段，超前工作面進(jìn)行恒阻錨索、切縫爆破孔等現(xiàn)場施工，滯后工作面進(jìn)行擋矸和支護(hù)，礦壓監(jiān)測同步進(jìn)行。

(1) 恒阻錨索施工 平行巷幫安裝2排恒阻錨索，切縫線為留巷邊界，切縫線內(nèi)推0.3m施工第1排恒阻錨索，間距1m，恒阻錨索采用W鋼帶連接成整體。在巷道中心線施工第2排恒阻錨索，間距2m，不用W鋼帶連接。錨索為φ21.8mm×8300mm，φ30mm鉆頭打孔，采用與恒阻器配套的φ75mm擴(kuò)孔鉆頭，同心擴(kuò)孔深度0.5m，張拉力不低于280kN。恒阻錨索安裝圖如圖1所示。

圖1 恒阻錨索安裝

(2)切縫爆破施工 鉆孔距離采空側(cè)煤壁0.3m向采空區(qū)方向傾斜10°， 切縫鉆孔深6m，間距0.5m。切縫鉆孔采用隔孔裝藥、分組爆破，不裝藥鉆孔作為吸能和窺視孔，炸藥裝在聚能管內(nèi)，聚能管向巷道軸線方向兩側(cè)開孔，使爆破能量和爆轟波只向設(shè)計(jì)方向傳遞，形成平行巷道方向切縫。爆破切縫必須超前工作面推采位置，但一般不超過50m，裝藥量要根據(jù)頂板巖性、硬度、炮孔深度確定，裝藥量決定切縫率。圖2為炮孔裝藥結(jié)構(gòu)。

圖2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

在圖2中，采用“4，2，2”裝藥方式，每孔使用3根聚能管，從上向下聚能管內(nèi)分別裝4卷、2卷、2卷炸藥，各用1個雷管，腳線串聯(lián)連接，外段1.5m全部封滿炮泥，同時(shí)起爆。起爆后一般孔口和孔內(nèi)炮泥完好。

(3)柱網(wǎng)擋矸施工 采用搭接式U型鋼柱腿擋矸，長度2.6m，擋矸網(wǎng)采用100mm×100mm鋼筋網(wǎng)配合菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)邊搭接不低于100mm。采空側(cè)采用菱形鐵絲網(wǎng)，巷道側(cè)采用鋼筋網(wǎng)。擋矸棚腿間距500mm。

(4)架后單體支護(hù) 架后支護(hù)采用1m1排，1梁4柱，切縫線下方支設(shè)戴帽點(diǎn)柱，柱距0.5m，與擋矸柱腿交叉使用，起到支護(hù)留巷邊緣頂板和初期擋矸作用。

(5)礦壓監(jiān)測 礦壓觀測系統(tǒng)由錨索應(yīng)力計(jì)、頂板離層儀、支架壓力表、頂?shù)装逡平縿討B(tài)記錄儀、 架后支柱壓力表組成。

1.3 9101工作面切頂卸壓礦壓監(jiān)測結(jié)果分析

圖3為錨索應(yīng)力、頂板離層監(jiān)測曲線。

從圖3(a)中可以看出，留巷40m位置處錨索應(yīng)力最大，均值約為320kN；留巷55，70，85，100和115m處應(yīng)力值均小于280kN，其中，70m處的應(yīng)力值最小，約為50kN。從圖3(b)中可以看出，留巷55m處的深基點(diǎn)位移較大，為80mm；從圖3(c)中可以看出，留巷40，55和85m處的淺基點(diǎn)位移范圍為20～30mm。

在120m試驗(yàn)段內(nèi)，工作面超前壓力和頂板離層不明顯，但進(jìn)入架后留巷段，動壓顯現(xiàn)明顯，頂板下沉存在開始、加快、達(dá)峰值、變緩和穩(wěn)定的過程，頂板下沉量平均180mm，基本沒有底鼓現(xiàn)象，變化時(shí)間一般在20d之內(nèi)；留巷段從煤柱側(cè)到采空區(qū)側(cè)頂板下沉量逐漸變大，煤柱側(cè)下沉量最大50mm，采空區(qū)側(cè)最大下沉量280mm；斷層破碎帶和裂縫帶在留巷過程中礦壓顯現(xiàn)明顯，適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)，為礦壓觀測、頂板控制和安全管理的重點(diǎn)。

圖3 錨索應(yīng)力、頂板離層監(jiān)測曲線

2 關(guān)嶺山煤業(yè)15204工作面沿空留巷技術(shù)應(yīng)用

柔模混凝土沿空留巷是以一次性纖維柔性模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼模板或機(jī)械模板，在端頭支護(hù)效應(yīng)消失前，緊跟工作面支架尾，快速澆筑混凝土連續(xù)墻，利用柔性模板透水不透漿特性和泵壓強(qiáng)制接頂，及時(shí)主動支撐頂板，密閉采空區(qū)。

2.1 15204工作面煤層賦存特征

15204工作面埋深平均130m，煤層厚度平均4.2m，煤層傾角0～6°，K2灰?guī)r頂板，平均厚度7.5m，工作面長度150m，巷道長度1063m，留巷1033m，運(yùn)輸巷沿15號煤頂?shù)装宀贾茫瑑魧?m，平均高4.3m，錨網(wǎng)支護(hù)。

2.2 15204工作面運(yùn)輸巷切頂卸壓

15204工作面周期來壓步距約為12m，在運(yùn)輸巷端頭存在弧形三角區(qū)域，當(dāng)懸頂長度超過18m時(shí)需要切頂卸壓。在架間墻體外側(cè)垂直頂板施工頂板弱化孔，孔徑32mm，排距500mm，孔深6m。

2.3 15204工作面運(yùn)輸巷旁支護(hù)

柔?；炷翂挾葹?00mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30，在混凝土墻體內(nèi)預(yù)置錨栓，錨栓為φ20mm×900mm螺紋鋼，間排距為1000mm×1000mm。圖4為柔模混凝土巷旁支護(hù)。

圖4 柔?；炷料锱灾ёo(hù)

在工作面2號和3號支架之間澆筑柔?；炷翂w，墻體前端不超過支架底座，為了保證兩支架間具有足夠的澆筑柔模混凝土墻體操作空間，兩支架間的距離不小于1400mm，且2號和3號支架頂梁上部前端3.5m范圍內(nèi)焊接11號工字鋼，長度2.1m，排距0.6m。

超前工作面20m范圍內(nèi)采用2排單體柱進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)；滯后工作面100m范圍內(nèi)采用4排單體支柱進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，靠墻體側(cè)間距800mm，巷中和煤幫側(cè)間距1200mm，排距為1500mm。

柔?；炷裂乜樟粝锿瓿闪?033m，已開始投入下一回采面使用，準(zhǔn)備接受二次動壓的檢驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)主要為少掘1條巷道，巷道掘進(jìn)率降低40%，多回收20m煤柱。但在15204工作面柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)： 在運(yùn)輸注漿料過程中，由于水泥、石子、沙混裝，容易產(chǎn)生結(jié)塊，在泵送過程中容易出現(xiàn)堵塞管路；在柔模注漿過程中，需將巷道側(cè)支架進(jìn)行降架，在支架架頂進(jìn)行支模、注模的操作，存在安全隱患；在柔模支護(hù)過程中，隨著回采的不斷推進(jìn)，頂板壓力加大，墻體傾斜，巷道底鼓嚴(yán)重，高度變?。浑S著留巷工程的延伸，由于礦壓的周期變化，巷道變形嚴(yán)重，原有支護(hù)遭到一定的破環(huán)，需對巷道進(jìn)行維修。

3 結(jié) 論

針對晉城區(qū)域兼并重組礦井的特點(diǎn)，以晉城區(qū)域蓋州煤業(yè)和關(guān)嶺山煤業(yè)作為研究對象，對蓋州煤業(yè)切頂卸壓自動成巷和關(guān)嶺山煤業(yè)柔?；炷?種沿空留巷技術(shù)的推廣應(yīng)用進(jìn)行了研究，這2種技術(shù)的應(yīng)用在礦井減人提效、降低成本和提高效益等方面發(fā)揮了巨大的作用。鑒于晉城區(qū)域兼并重組礦井埋深均小于300m的特點(diǎn)，結(jié)論如下：

(1)礦井產(chǎn)能較大，煤層厚度大于4m時(shí)，應(yīng)推廣應(yīng)用縮小煤柱或小煤柱等沿空掘巷技術(shù)，沿空留巷對其回采速度有影響。

(2)礦井產(chǎn)能較小，煤層厚度較小時(shí)，應(yīng)推廣應(yīng)用切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)，下一步將選用條件適宜的七一、惠陽、四明山等礦井進(jìn)行推廣應(yīng)用。

(3)礦井產(chǎn)能較小，煤層厚度較大時(shí)，應(yīng)推廣應(yīng)用柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)， 該技術(shù)為實(shí)現(xiàn)礦井的一井一面一班達(dá)產(chǎn)，為安全、高效礦井建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

Application of Gob-side Entry Retaining Technology of Merger and Reorganization Mine in Jincheng Mine District

WANG Ping-hu，WANG Chun

(Jinneng Corporation Co.，Ltd.，Taiyuan 030002，China)

To the characters of merger and reorganization mine in Jincheng coal mine district，it taking Gaizhou coal mine and Guanshanling coal mine as studying examples，then two different gob-side entry retaining technologies were applied in this two mine,cutting roof unloading pressure applied in Gaizhou coal mine and flexible concrete applied in Guanshanling coal mine，it provides technology supporting for gob-side entry retaining technology popularization and application of merger and reorganization mine in Jincheng coal mine district.The results showed that to the mine that buried depth low，production large and large thickness coal seam，and some gob entry driving technology like reduce coal pillar size or smaller coal pillar should be applied，but to mine that buried depth low，production low and thin thickness coal seam，cutting roof unloading pressure should be applied，to buried depth large，production low and large thickness mine，flexible concrete should be applied.

merger and reorganization mine；gob-side entry retaining；unloading pressured by roof cutting；flexible concrete

2016-11-15

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.02.008

山西省科技攻關(guān)工業(yè)類項(xiàng)目(20130321026-03)

王平虎(1963-)，男，山西晉城人，博士，高級工程師，主要從事煤炭開采方面的技術(shù)和管理工作。

王平虎，王 春.晉城區(qū)域兼并重組礦井沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤礦開采，2017，22(2)：31-33，43.

TD353

A

1006-6225(2017)02-0031-03