綜放沿空留巷技術(shù)在東峰煤礦應(yīng)用研究

摘要：為適應(yīng)煤炭行業(yè)新常態(tài)，根據(jù)《山西省煤礦現(xiàn)代化礦井標(biāo)準(zhǔn)》第四條要求 “堅持開發(fā)與保護并重的原則，合理確定開采順序，不斷優(yōu)化礦井和采區(qū)設(shè)計，科學(xué)合理開發(fā)煤炭資源。對稀缺和特殊煤種實行保護性開發(fā)。積極推廣采煤新工藝、新技術(shù)，積極探索應(yīng)用無煤柱開采、小煤柱開采、充填式開采、沿空留巷、急傾斜煤層和0.7m以下極薄煤層采煤機械化開采技術(shù)”。本文重點研究綜放沿空留巷技術(shù)在東峰煤礦應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：沿空留巷技術(shù)；應(yīng)用

1概述

東峰煤礦3號煤回采工作面采用U型通風(fēng)及巷道布置方式，這種通風(fēng)及巷道布置方式存在如下問題：

（1）每個工作面布置2條順槽，掘進速度慢，掘進率高，采掘接續(xù)緊張；

（2）每個工作面留設(shè)30m煤柱，采出率低，礦井可采儲量損失嚴(yán)重，縮短礦井服務(wù)年限；

（3）高瓦斯煤層綜放開采，工作面瓦斯涌出量大，上隅角瓦斯易積聚，不利于礦井安全高效生產(chǎn)；

（4）高瓦斯煤巷掘進成本高，不利于礦井降本增效。

為此，東峰煤礦亟需采用沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)解決上述問題。

2沿空留巷的意義

（1）每個回采工作面可以少掘1條順槽，回采巷道掘進率降低40%以上，極大緩解礦井采掘銜接矛盾；

（2）取消30m煤柱，提高區(qū)段采出率15%以上，延長礦井服務(wù)年限；

（3）取消“跳采”，實現(xiàn)連續(xù)開采，有利于生產(chǎn)集中化；

（4）回采工作面采用兩進一回Y型通風(fēng)方式，消除了回風(fēng)隅角瓦斯積聚，有助于工作面安全高效生產(chǎn)；

（5）留巷鉆孔持續(xù)預(yù)抽下一工作面煤層瓦斯，延長了抽采時間，降低了煤層瓦斯含量，有助于實現(xiàn)高瓦斯煤層的“低瓦斯開采”；

（6）改善礦井技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

為此，決定在東峰煤礦3G02工作面軌道順槽進行柔?；炷裂乜樟粝?，將軌道順槽保留下來，作為3G01工作面的軌道順槽。

3沿空留巷地質(zhì)與開采條件分析

3.1工作面地質(zhì)條件

3.1.1沿空留巷位置

在3G02工作面軌道順槽進行沿空留巷，將軌道順槽保留下來，作為3G01工作面的回風(fēng)順槽，沿空留巷總長度為616m。3G02工作面采用兩進一回Y型通風(fēng)，運輸順槽為主進風(fēng)巷，軌道順槽為輔助進風(fēng)巷，通過留巷、3G02工作面回風(fēng)巷進行回風(fēng)。3G02工作面工程平面見圖2.1。

3.1.2煤層賦存情況

3.1.3頂?shù)装迩闆r

3G02工作面頂?shù)装鍘r性見表2.2，根據(jù)2014年編制的《東峰煤礦生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告》，1號測井巖石物理力學(xué)性能參數(shù)見附錄1；根據(jù)大巷掘進揭露的巖石，實測3#煤頂?shù)装搴兔后w的力學(xué)參數(shù)見附錄2。

3.1.4地質(zhì)構(gòu)造

3G02工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單，工作面地層產(chǎn)狀整體為一單斜構(gòu)造。無斷層、陷落柱等特殊地質(zhì)構(gòu)造，較為適合沿空留巷

3.1.5水文地質(zhì)條件

根據(jù)本采區(qū)水文地質(zhì)情況及一采區(qū)3106工作面、3110工作面回采情況分析，影響本工作面涌水量的主要因素為頂板水，不受底板水、鉆孔水及地面水的危險，本井田內(nèi)揭露的陷落柱均未出現(xiàn)導(dǎo)水現(xiàn)象。

頂板水為碎屑巖裂隙含水層，K7、K8砂巖及3號煤頂板砂巖裂隙含水層構(gòu)成3號煤層的充水水源。巖性以中粒砂巖為主，局部砂巖裂隙發(fā)育，井田內(nèi)補2-1號鉆孔對該含水層進行了抽水試驗，單位涌水量0.0011L/s.m，滲透系數(shù)0.0047m/d，水位標(biāo)高+925.71m，水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。3110工作面回采時涌水量為3～7 m3/h，3106工作面回采時涌水量為2.5～5m3/h。回采與留巷過程中，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定設(shè)置排水管路、設(shè)備、水槽、沉淀池等防排水設(shè)施，加強排水，減輕水對留巷底板的弱化作用。2.1.6影響回采與留巷的其他因素

表2.3影響回采與留巷的其他因素

瓦斯 根據(jù)河南理工大學(xué)2015年7月份提供的報告，一采區(qū)北部3號煤層瓦斯含量最大取6.54m3/t，根據(jù)含量預(yù)測3G02工作面瓦斯涌出量為7.42m3/min。

煤塵 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心于2014年4月18日所做的3#煤層爆炸性檢驗報告：3#煤塵火焰長度0mm，無爆炸性。

自燃傾向性 根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心于2014年4月21日所做的3#煤層自燃傾向性檢驗報告：3#煤層吸氧量0.95m3/g，自燃傾向性Ⅲ級，為不易自燃。

3.2工作面開采條件

3.2.1采煤工藝

3G02工作面采用傾向長壁綜采放頂煤采煤方法，全部跨落法管理頂板。工作面走向長度216m，傾向長度756m。

（1）工藝順序

雙滾筒采煤機斜切進刀割煤→刮板輸送機運煤→拉移支架支護頂板→推移前刮板輸送機→放頂煤→拉后刮板輸送機。在頂板破碎時，及時移架護頂、護幫。

（2）割煤

采用MG200/500-WD型雙滾筒聯(lián)合采煤機螺旋滾筒割煤。

（3）裝煤

采煤機螺旋滾筒配合SGZ730/500型刮板輸送機，運輸順槽采用一部SZZ764/200型轉(zhuǎn)載機、一部PCM132型破碎機及一部DSJ100/100/2×160型可伸縮式膠帶輸送機。

（4）運煤系統(tǒng)

工作面前（后）刮板輸送機→轉(zhuǎn)載機→可伸縮式膠帶輸送機→北膠帶大巷→中央煤倉→主斜井膠帶輸送機→地面。

（5）工作面支護

工作面采用一組ZFTZ7200/21/32型端頭支架，機頭3架ZFG4800/20/32型過渡支架，機尾3架ZFG4800/20/32型過渡支架，中部138架ZFS4400/17/28型中間支架。工作面液壓支架技術(shù)參數(shù)見表2.5。endprint

3.2.2作業(yè)方式

工作面實行三八作業(yè)制，兩班生產(chǎn)，一班檢修。日回采推進度為2.4m。

3.3沿空留巷圍巖變形量預(yù)計

3.3.1反映頂?shù)装迨諗苛康挠绊懸蛩氐亩嘣貧w公式

德國埃森研究院通過對260個沿空留巷采煤工作面的統(tǒng)計，得出反映頂?shù)装遄罱K收斂量影響因素的回歸公式。該公式的主要影響因素是：采深（H）、采高（M）、底板巖性指數(shù)（GL）、巷旁充填指數(shù)（SV）和巷道初始高度。

式中 KEV—頂?shù)装迨諗柯?，即頂?shù)装迨諗苛颗c巷道初始高度之比，%；

SV—巷旁充填指數(shù)，SV=1，剛性支護；SV=2，木垛支護；SV=3，無巷旁支護；

GL—底板巖性指數(shù)，GL=1，砂巖；GL=2，砂頁巖；GL=3，泥頁巖；GL=4，植物根體化石；GL=5，煤；GL=6，煤、泥頁巖、植物根體互層，各層厚度小于20cm。

該回歸公式的相關(guān)系數(shù)達93%，標(biāo)準(zhǔn)差為巷道初始高度的3%，說明其他因素的影響不大。

3.3.2回采巷道圍巖變形分配

沿空留巷的圍巖變形主要表現(xiàn)為頂?shù)装逡平?，頂?shù)装逡平敯逑鲁梁偷坠膬刹糠?。埃森研究院通過對60條回采巷道底鼓的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)底鼓占總頂?shù)装迨諗柯实陌俜謹(jǐn)?shù)，簡稱底鼓率（SH），它與相關(guān)因素的關(guān)系為：

3G02工作面的地質(zhì)和開采技術(shù)參數(shù)見表2.6。

將巷道初始高度2.8m帶入上述公式中可得，沿空留巷頂?shù)装蹇傄平繛?～18.4cm，底鼓量為0～3cm（不包括墻體鉆底情況）

4沿空留巷技術(shù)在東峰煤礦應(yīng)用效果

4.1沿空留巷的技術(shù)效果

（1）降低巷道掘進率。每個回采工作面可以少掘1條順槽，回采巷道掘進率降低40%以上，極大地緩解了礦井采掘銜接矛盾。

（2）提高資源采出率?；厥?0m區(qū)段護巷煤柱，提高工作面采出率15%，延長了礦井服務(wù)年限。

（3）改善礦井生產(chǎn)條件。沿空留巷易于實現(xiàn)穿梭回采，使回采工作在時間和空間上連續(xù)進行，有利于生產(chǎn)集中化。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的采區(qū)，沿空留巷有可能避免因地質(zhì)變化而造成的停采待掘。

（4）改善礦井安全條件。回采工作面全部采用Y型通風(fēng)，消除回風(fēng)隅角瓦斯積聚，確保工作面安全高效生產(chǎn)；利用留巷作為瓦斯治理通道，提前預(yù)抽相鄰工作面煤層瓦斯，延長了抽采時間，降低了煤層瓦斯含量，緩解了礦井采抽銜接矛盾；利用留巷作為臨時水倉，在留巷低洼位置處布置抽排水泵站，持續(xù)抽排采空區(qū)積水，防止本工作面或相鄰工作面透水；減少了掘巷空頂作業(yè)，降低了冒頂、片幫幾率，有利于礦井安全；皮帶輸送機和移變設(shè)備分別布置在主進風(fēng)巷和輔助進風(fēng)巷內(nèi)，皮帶巷寬度縮小，有助于降低掘巷成本，提高掘巷速度，更好地維護巷道；消除煤柱影響區(qū)的應(yīng)力集中，有利于鄰近突出層的卸壓開采，防止煤與瓦斯突出和沖擊地壓；實現(xiàn)了無煤柱開采，最大限度地減少了采空區(qū)遺煤，降低了礦井自然發(fā)火幾率，有利于礦井防止內(nèi)因火災(zāi)。

4.2 3G02工作面經(jīng)濟效益

（1）煤柱效益.3G02工作面回采616m，煤層平均厚度5.96m，采出率0.8，密度1.42t/m3，煤柱30m，采用沿空留巷以后，共計多回收煤炭資源12.5萬噸，噸煤利稅按照100元計算，回收煤柱創(chuàng)造經(jīng)濟效益1250萬元。

（2）少掘巷效益.3G01工作面可以少掘進1條回風(fēng)順槽，少掘巷道750m（包括回采長度、回風(fēng)繞道和車場等），順槽掘進費5000元/m，掘巷總費用為375萬元，即少掘巷就可創(chuàng)造經(jīng)濟效益375萬元。

沿空留巷工程費用：沿空留巷長度為616m，留巷工程費用為5022元/m，則該工作面所需的沿空留巷費用為309.4萬元。綜上所述，3G02工作面沿空留巷預(yù)計可產(chǎn)生經(jīng)濟效益1315.6萬元。

4.3沿空留巷的社會效益

4.3.1提高了沿空留巷支護的可靠性，消除了回風(fēng)隅角瓦斯積聚，減少了采空區(qū)遺煤，有利于礦井安全生產(chǎn)

柔模混凝土沿空留巷支護技術(shù)，以大量實測地質(zhì)力學(xué)參數(shù)為基礎(chǔ)，理論分析和數(shù)值模擬試驗為參考，實施頂板分級管理和動態(tài)信息設(shè)計，采用高性能柔?；炷林ёo，使用性能穩(wěn)定可靠的柔?；炷林苽漭斔蜋C組等施工機具，并進行施工工藝優(yōu)化，全面、系統(tǒng)地進行施工質(zhì)量檢測與礦壓監(jiān)測，及時判斷圍巖穩(wěn)定性并修正支護設(shè)計，顯著提高了沿空留巷支護的可靠性和安全程度，同時沿空留巷可以降低巷道掘進率15%以上，有效的遏制了我國煤礦頂板事故的發(fā)生，對改善我國煤礦安全狀況起到重要作用。沿空留巷實現(xiàn)了采煤工作面兩進一回Y型通風(fēng)，消除了回風(fēng)隅角瓦斯積聚；沿空留巷實現(xiàn)了無煤柱開采，消除了煤柱影響區(qū)的應(yīng)力集中，有利于防止礦井發(fā)生沖擊礦壓或煤與瓦斯突出，從根源上改善礦井安全生產(chǎn)環(huán)境。沿空留巷減少了采空區(qū)遺煤，從根源上降低了礦井自然發(fā)火的幾率，有利于自燃煤層和容易自燃煤層的安全開采。采區(qū)內(nèi)部實現(xiàn)連續(xù)開采，簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，礦井開采安全可靠性顯著提高，向本質(zhì)安全型礦井的建設(shè)目標(biāo)邁進了一大步。

4.3.2機械化施工，降低了工人勞動強度，提高了施工效率，有利于礦井高效生產(chǎn)

柔模混凝土沿空留巷在地面建立干混料攪拌站，井下建立混凝土泵站，在待澆筑空間采用柔模沿空留巷支架進行支護、擋矸、切頂、掛模，全過程實現(xiàn)了機械化，大大降低了工人勞動強度，提高了施工效率，采煤與留巷平行作業(yè)，有利于礦井高產(chǎn)高效。

4.3.3取消護巷煤柱，實現(xiàn)無煤柱開采，延長礦區(qū)服務(wù)年限，有利于礦井高回收開采

采用沿空留巷技術(shù)以后，首先取消或回收了相鄰工作面間的護巷煤柱，在本工作面實現(xiàn)了無煤柱開采；沿空保留回撤通道，作為回收采區(qū)大巷煤柱的回采巷道，最終實現(xiàn)采區(qū)內(nèi)無煤柱開采；對于開采煤層群的礦井，在首采層進行無煤柱開采以后，可以消除相鄰煤層內(nèi)的應(yīng)力集中，最終實現(xiàn)了相鄰煤層的完全無煤柱開采。在一個礦井內(nèi)全部實現(xiàn)了無煤柱開采以后，就實現(xiàn)了煤炭資源的完全開采，最大限度地開發(fā)和利用了有限的資源，有助于社會的可持續(xù)發(fā)展。

5結(jié)論

綜上所述，柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)取得了一些列技術(shù)水平高、實用性強的研究成果。通過“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合，煤礦企業(yè)積極試驗和推廣應(yīng)用，以及技術(shù)交流會、研討會等手段使綜放柔模沿空留巷技術(shù)已經(jīng)擴散滲透到全國各大礦區(qū)，對全國煤炭行業(yè)起到了很好的技術(shù)輻射效應(yīng)，帶動全國煤礦技術(shù)水平躍上一個新的臺階。此外，在柔模混凝土沿空留巷支護技術(shù)研究、試驗過程中，培養(yǎng)了一大批工程技術(shù)人員，提高了他們的技術(shù)水平和整體業(yè)務(wù)素質(zhì)。形成了沿空留巷成套設(shè)備、材料等新產(chǎn)品，提供了大量就業(yè)機會?？傊?，柔?；炷裂乜樟粝镏ёo技術(shù)對推動我國煤礦技術(shù)的進步和發(fā)展具有重大意義。

參考文獻：略

作者簡介：孔晉剛（1976.09—），男，漢族，山西省晉城市，工程師，研究方向：采煤技術(shù)endprint