沿柔?；炷翂蛳餆o煤柱開采技術(shù)應(yīng)用研究

李慶亮

（山東宏陽礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 272400）

沿空掘巷是煤礦井下開采常用的巷道掘進(jìn)技術(shù)之一[1]。沿空掘巷可實現(xiàn)無煤柱護(hù)巷，減少巷道掘進(jìn)量，縮短采掘交替時間，是煤礦開采技術(shù)的一項重大革新，具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[2-3]。然而，當(dāng)?shù)V井地應(yīng)力較大時，沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)明顯，需采用一定的巷旁支護(hù)。因此，研究沿柔?；炷翂蛳餆o煤柱開采技術(shù)具有重要的工程價值[4-5]。

1 工程概況

山東宏陽煤礦12煤一采區(qū)，從西至東分別為12101、12102、12103工作面。12102工作面西側(cè)緊鄰12101工作面軌道順槽，東側(cè)緊鄰12102工作面運(yùn)輸順槽，工作面主采12層煤，煤層均厚2 m。12煤一采區(qū)綜采工作面布置如圖1。

圖1 12煤一采區(qū)綜采工作面布置

沿柔?；炷翂蛳餆o煤柱開采是在12101工作面軌道順槽沿副幫澆筑一道柔?；炷翂w，緊貼柔?；炷吝B續(xù)墻掘進(jìn)12102工作面軌道順槽，實現(xiàn)無煤柱開采。沿砼墻掘巷無煤柱開采技術(shù)原理如圖2。

圖2 沿砼墻掘巷無煤柱開采技術(shù)原理

2 12102工作面沿墻掘巷支護(hù)及施工

2.1 沿墻掘巷施工

12102工作面軌道順槽作為12102綜采工作面進(jìn)風(fēng)及輔運(yùn)巷道，掘進(jìn)采用連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備單巷掘進(jìn)。巷道通風(fēng)采用FBDV-№7.1/2×45局扇及Ф800 mm風(fēng)筒遠(yuǎn)距離供風(fēng)。連續(xù)采煤機(jī)截割工藝流程如下：

（1）切槽。進(jìn)刀位置選擇在巷道左側(cè)，沿激光指向儀的導(dǎo)向（左側(cè)3.2 m）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，從底板進(jìn)刀，掘進(jìn)一個循環(huán)深度后退機(jī)。

（2）采垛。完成切槽工序后，將連采機(jī)調(diào)至巷道另一側(cè)，當(dāng)巷道設(shè)計寬度為5.0 m時，沿激光右側(cè)1.8 m為標(biāo)準(zhǔn)（巷道設(shè)計寬度為4.0 m時，沿激光右側(cè)0.8 m為標(biāo)準(zhǔn)）來確定位置，開始割剩余部分的煤。切槽和采垛工藝流程如圖3。

圖3 連采機(jī)切槽、采垛工序示意圖

2.2 支護(hù)參數(shù)

12102軌道順槽（沿墻掘巷）掘進(jìn)工作面為矩形巷道。其中12102軌道順槽（沿墻掘巷）臨近12101綜采工作面采空區(qū)，頂板受采空區(qū)及回采采動影響較大，需加強(qiáng)巷道頂板支護(hù)管理。

12102軌道順槽采用“鋼筋網(wǎng)片+螺紋鋼錨桿+Ω型鋼帶+錨索”聯(lián)合支護(hù)。錨桿支護(hù)為5根/排，排距1 m；錨索支護(hù)為3套/排，排距2 m，錨索與Ω型鋼帶聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)。12102軌道順槽與12煤輔助進(jìn)風(fēng)巷交叉段巷道寬度超過8.0 m區(qū)域，應(yīng)在擴(kuò)幫處補(bǔ)打錨索及架設(shè)木垛進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

12102軌道順槽與12101軌道順槽原有硐室貫通后，割壞的網(wǎng)片及錨桿應(yīng)及時處理和補(bǔ)打，按照設(shè)計加固支護(hù)。遇到頂板破碎帶、離層、裂隙處及沖刷等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造地段，必須嚴(yán)格執(zhí)行“短掘短支”措施，錨索必須緊跟到掘進(jìn)工作面正頭，加強(qiáng)頂板支護(hù)管理。當(dāng)掘進(jìn)工作面錨桿、錨索達(dá)不到設(shè)計錨固力，應(yīng)及時根據(jù)生產(chǎn)實際中頂板狀況考慮采取加密支護(hù)或變更支護(hù)間排距等措施加強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)防冒頂事故發(fā)生。

掘進(jìn)期間，12102軌道順槽巷道正幫必須掛設(shè)塑料網(wǎng)，幫網(wǎng)支護(hù)緊跟至破碎機(jī)后方。若工作面遇到煤壁酥松破碎、較大裂隙發(fā)育及炸幫等片幫嚴(yán)重段，必須在巷道正幫自上而下掛設(shè)兩茬塑料網(wǎng)（若掘進(jìn)期間幫部片幫不嚴(yán)重，只施工上幫網(wǎng)，待巷道全部掘進(jìn)完畢后再施工下幫網(wǎng)；若掘進(jìn)期間幫部片幫嚴(yán)重，需上下幫網(wǎng)一起施工）。幫錨桿采用Φ18 mm×1600 mm玻璃鋼錨桿，矩形布置，2套/1.5 m，間距1.3 m。沿混凝土墻掘巷支護(hù)圖如圖4。

圖4 沿混凝土墻掘巷支護(hù)圖

2.3 巷道支護(hù)參數(shù)校核

（1）錨桿長度校驗

頂錨桿長度應(yīng)滿足：

式中：L為錨桿總長，m；L1為錨桿外露長度，m；L2為錨桿有效長度，m；L3為錨桿錨固長度，m。

L2按式（2）、式（3）計算：

式中：B、H為巷道掘進(jìn)寬度和高度，B=5.4 m，H=3.4 m；f為頂板巖石普氏系數(shù)；w為兩幫圍巖的內(nèi)摩擦角，（°）。

故：f=3時，L2=b=B/2f=5.4/（2×3）=0.9 m；Lf=3=L1+L2f=3+L3=0.05+0.9+0.6=1.55 m；

f=4時，L2=b=B/2f=5.4/（2×4）=0.68 m；Lf=4=L1+L2f=4+L3=0.05+0.68+0.6=1.33 m。

根據(jù)上述計算得出：L＞Lf=3，L＞Lf=4，故：所選錨桿L=2.1 m能夠滿足計算要求。

（2）錨桿間排距

錨桿間排距校核公式如下：

式中：a為錨桿間距，m；Q為頂錨桿的承載力，kN；r為巖體容重，kN/m3；k為安全系數(shù)。

錨桿長度為2.1 m時，L2=L-L1-L3=1.45 m；計算得a=1.16 m，故錨桿間排距取1 m符合要求。

3 巷道圍巖移近量及錨索阻力觀測

3.1 圍巖移近量測點(diǎn)布置及觀測結(jié)果

截止掘巷貫通，共設(shè)置42個巷道圍巖移近量觀測測點(diǎn)，選取38個數(shù)據(jù)較多的測點(diǎn)繪制頂板及兩幫移近量如圖5。

圖5 巷道頂?shù)缀蛢蓭妥畲笠平?/p>

由圖5可得：巷道頂板最大移近量為100 mm，兩幫最大移近量為98 mm，頂板和兩幫移近量均較小，可見沿空掘巷巷道圍巖位移量在可控范圍之內(nèi)。

3.2 錨索測力計觀測及結(jié)果

錨索測力計量程400 kN，打設(shè)錨索后張拉之前將測力計安裝好，共安裝三組錨索測力計。選取一組測力計觀測結(jié)果如圖6。

圖6 錨索測力計觀測結(jié)果

從圖6可以看出，2號測力計所在的錨索工作阻力最大，達(dá)153 kN，相比張拉時的初始讀數(shù)增加了75.9 kN。5號測力計所在錨索工作阻力最小，為52 kN。距工作面后300 m，錨索阻力逐漸趨于穩(wěn)定。

4 效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

12102工作面使用沿柔模混凝土墻掘巷無煤柱開采技術(shù)，取消了15 m的護(hù)巷煤柱2個，12煤多回收煤炭資源約3萬t。按噸煤利潤150元計算，可多創(chuàng)造利潤450萬元；按50 m布置一個聯(lián)巷，少掘聯(lián)巷約14個，約210 m，少打密閉28道，聯(lián)巷掘進(jìn)支護(hù)按3600元/m，每個聯(lián)巷1道密閉，每道密閉按4000元計算，共計節(jié)省86.8萬元。單個工作面綜合效益達(dá)536.8萬元。

4.2 社會效益

沿柔?；炷翂蛳餆o煤柱開采技術(shù)，利用1 m厚的柔?；炷翂w代替了15 m的煤柱，提高了資源回收率。柔模無煤柱開采沿空留巷和沿墻掘巷技術(shù)首次應(yīng)用在綜采孤島工作面，為其他類似工程條件的無煤柱開采提供了實踐經(jīng)驗，為進(jìn)一步優(yōu)化和完善無煤柱開采技術(shù)提供了實踐經(jīng)驗，豐富和擴(kuò)大了柔模無煤柱開采技術(shù)的技術(shù)理論和應(yīng)用范圍。