采面運(yùn)輸巷切頂留巷技術(shù)的研究

桑鵬程　周詩建

摘要：實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，沿空留巷可以有效減少巷道掘進(jìn)量，解決礦井采掘過程中所存在的接替困難問題，促使整體采收率得到進(jìn)一步提升，為實(shí)際礦井的高效率生產(chǎn)提供優(yōu)異的基礎(chǔ)條件?；诖?，本文針對(duì)富銀煤礦三采區(qū)2315采面運(yùn)輸巷沿空留巷工程，分析切頂卸壓技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，闡述其技術(shù)原理的同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程概況確認(rèn)切頂自成巷切縫參數(shù)，提出切頂自成巷支護(hù)設(shè)計(jì)方案，最后分析工程效果。

關(guān)鍵詞：沿空留巷;技術(shù)原理;工程概況;煤炭采收;礦井生產(chǎn)

引言：

我國(guó)現(xiàn)階段煤炭開采進(jìn)度在不斷加快，淺部煤炭資源逐漸開始出現(xiàn)歉收的局面，以往的護(hù)巷煤柱技術(shù)逐漸難以適應(yīng)開采需求，在礦井開采深度不斷加深的同時(shí)，不僅出現(xiàn)了資源浪費(fèi)的現(xiàn)象，更存在著較為嚴(yán)重的煤柱應(yīng)力現(xiàn)象，甚至有可能帶來煤柱變形、瓦斯突出、沖擊地壓等嚴(yán)重性事故，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)帶來極其嚴(yán)重的不利影響。因此隨著技術(shù)發(fā)展，沿空留巷技術(shù)逐漸在煤炭開采中得以普及應(yīng)用，也成為了其中較為常見的無煤柱護(hù)巷技術(shù)，在該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，不僅可以顯著提高礦井煤炭采收率，同時(shí)在改善工作面通風(fēng)條件中起到了關(guān)鍵性作用。對(duì)此，本文以富銀煤炭三采區(qū)2315采面為工程背景，分析切頂留巷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，具體研究如下。

1、工程概況

在富銀煤礦三采區(qū)2315采煤工作面中，實(shí)際走向長(zhǎng)度為400米，傾斜長(zhǎng)度在156米至186米之間，平均傾斜長(zhǎng)度為170米。在局部地段煤層中的實(shí)際最大傾角為16度，最小傾角為12度，平均傾角為13度，實(shí)際傾斜面積大約為68000平方米，地質(zhì)儲(chǔ)量約有10.84萬噸，預(yù)計(jì)可采儲(chǔ)量為9.79萬噸。在工作面附近地質(zhì)條件統(tǒng)計(jì)中得知，工作面西側(cè)區(qū)域?qū)儆诘V區(qū)邊界，東側(cè)區(qū)域?qū)儆谌蓞^(qū)回風(fēng)下山，上方區(qū)域?yàn)?313采面采空區(qū)，下方區(qū)域?yàn)?317采面，尚處于未開采狀態(tài)。在2315采煤工作面的煤層埋深標(biāo)高大小中大約為+178米至+231米左右，相對(duì)高差最小值為292米，工作面所對(duì)應(yīng)地面區(qū)域?qū)儆谇鹆甑貛В胁淮嬖谵r(nóng)房宿舍、體積較大的水體以及重要保護(hù)設(shè)施等裝置。

2、2315運(yùn)輸巷切頂成巷技術(shù)方案

2.1 技術(shù)原理分析

切頂卸壓沿空留巷一般代表在順著工作面前方區(qū)域，預(yù)留巷道回采幫側(cè)布置爆破切丁鉆孔，對(duì)工作面頂板開展超前預(yù)裂爆破工作，其目的是為了頂板能夠沿著既定位置形成切縫，這個(gè)切縫就是切頂線。隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)頂板周期性來壓，此時(shí)巷道采空區(qū)側(cè)頂板會(huì)在切縫垮落的影響下產(chǎn)生留巷幫，從而實(shí)現(xiàn)切頂卸壓沿空留巷的作用。

隨著工作面持續(xù)推進(jìn)，要能夠針對(duì)性分析采動(dòng)對(duì)巷道的影響程度、實(shí)際施工狀況、所存在狀態(tài)等因素，在結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)中，從工作面區(qū)域上劃分三個(gè)不同的區(qū)域，將其各自劃分為超前切頂區(qū)區(qū)域、滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域以及成巷穩(wěn)定區(qū)區(qū)域。在超前切頂區(qū)區(qū)域中，該區(qū)域位于超前支護(hù)區(qū)前方方位，其目的是為了開展超前預(yù)裂爆破、頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)等工序。要注意的是，這兩項(xiàng)工序必須要在超前支護(hù)區(qū)工作面推進(jìn)前完成，盡可能避免由于超前支承壓力對(duì)施工產(chǎn)生一定的影響。在滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)中，該區(qū)域處于工作面端頭支護(hù)區(qū)后方位置，在工作面回采過后，頂板會(huì)沿著切縫垮落而產(chǎn)生巷幫，而此時(shí)巷道在工作面回采周期來壓的影響，需要及時(shí)在距離工作面端頭位置過渡支架后方區(qū)域，進(jìn)行巷幫擋矸支護(hù)以及頂板臨時(shí)支護(hù)。一般情況下滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)域需要選在工作面后方區(qū)域的200米范圍內(nèi)，需要結(jié)合工作面的推進(jìn)進(jìn)度而不斷向前推進(jìn)。在成巷穩(wěn)定區(qū)域中，該區(qū)域位于滯后臨時(shí)支護(hù)區(qū)區(qū)域后方方位，在工作面持續(xù)向前推進(jìn)的同時(shí)，工作面和巷道之間的距離也逐漸增加，而此時(shí)巷道所受到的工作面周期來壓影響作用也將逐漸減少，采空區(qū)頂板巖層運(yùn)動(dòng)逐漸恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)回撤頂板臨時(shí)支護(hù)，保留巷幫擋矸支護(hù)。

2.2 切頂自成巷支護(hù)設(shè)計(jì)

在結(jié)合富銀煤礦臭炭煤層賦存與圍巖物理力學(xué)參數(shù)等書籍計(jì)算中得知，煤層平均厚度大約在1.10米左右，直接頂容重大約為23.5kN/m3。其中初始碎脹系數(shù)大約為1.2，平均抗拉強(qiáng)度為2.22Mpa左右，結(jié)合井下頂板原生裂隙與采動(dòng)過程中對(duì)頂板所產(chǎn)生的破壞性影響，將弱化系數(shù)取值選為0.2左右，此時(shí)抗拉強(qiáng)度大約0.44Mpa左右，在井下觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)采空區(qū)域頂?shù)装逡平看蠹s0.08米左右。在公式計(jì)算中，預(yù)裂切縫夾角α大約為10.8度，切縫深度為5.2米。

（1）超前預(yù)切縫鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

在超前預(yù)裂切縫鉆孔過程中需要先后確認(rèn)鉆孔開孔位置、鉆孔傾角、鉆孔深度、鉆孔直徑d以及鉆孔間距等相關(guān)參數(shù)指標(biāo)。具體參數(shù)結(jié)果如表1所示：

（2）頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

由于頂板可能會(huì)受到垮落應(yīng)力的影響，因此需要及時(shí)加加強(qiáng)頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)，頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)需要在超前預(yù)裂切縫之后開展，針對(duì)頂板施工預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)切縫周圍區(qū)域安裝補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)備裝置，本工程擬設(shè)計(jì)采取主動(dòng)支護(hù)結(jié)合被動(dòng)支護(hù)的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。在主動(dòng)支護(hù)中可以選擇錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，對(duì)于被動(dòng)支護(hù)來講，可以應(yīng)用巷道走向棚支護(hù)。

（3）巷幫擋矸防護(hù)設(shè)計(jì)

在實(shí)際巷幫擋矸防護(hù)設(shè)計(jì)過程中，需要及時(shí)鋪設(shè)擋矸金屬網(wǎng)，將擋矸工字鋼或U型鋼搭設(shè)在其中，注意在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要嚴(yán)格結(jié)合工作面端頭過渡支架的后方區(qū)域開展施工。在此之間需要結(jié)合實(shí)際施工生產(chǎn)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以假設(shè)工字鋼支架與鋪設(shè)排材作為擋矸防護(hù)結(jié)構(gòu)。

（4）滯后臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)

滯后臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)的目的是為了在工作面后方礦山壓力動(dòng)壓影響區(qū)中支撐頂板，完整的抬棚需要借助工鋼梁、單體液壓支護(hù)進(jìn)行組成，從而達(dá)到支撐頂板的目的，以便于有效減少頂板運(yùn)動(dòng)和礦山壓力對(duì)巷道所帶來的影響，同時(shí)還可以進(jìn)一步控制頂板下沉量，保證臨時(shí)支護(hù)區(qū)區(qū)域的巷道穩(wěn)定過渡到成巷穩(wěn)定區(qū)域中，注意在之后臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)施工過程中，幫部擋矸支護(hù)設(shè)計(jì)施工要與之進(jìn)行同時(shí)開展，以有效跟進(jìn)工作面推進(jìn)，在端頭過渡液壓支架過后開展施工工作。

3、技術(shù)應(yīng)用效果分析

切頂卸壓留巷技術(shù)的合理運(yùn)用，可以在保留2315工作面輔助運(yùn)輸巷的同時(shí)，為工作面回風(fēng)巷提供有利的支持作用，另外還能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)恒阻錨索受力狀況與巷道頂板變形狀況。在工作面開采的同時(shí)，恒阻錨索受力也會(huì)逐漸增加，采面工作與回采工作的同步開展，可以有效避免巷道圍巖出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，最后逐漸處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)巷道頂板最大下沉量以及底板最大低鼓量將減少至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，兩幫最大位移量縮減至180毫米左右，可以有效滿足巷道實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4、結(jié)束語

在實(shí)際施工過程中，還需要密切關(guān)注實(shí)際施工狀況，做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)工作，根據(jù)礦井工程實(shí)際狀況合理調(diào)整施工設(shè)計(jì)參數(shù)，促進(jìn)整體施工質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，為礦井開采效率的提升提供基礎(chǔ)保障。

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作者簡(jiǎn)介：桑鵬程 （1984.06-），男，山東寧陽人，礦業(yè)工程師、采礦實(shí)驗(yàn)師，重慶交通大學(xué)土木工程專業(yè)畢業(yè)，研究方向?yàn)橄锏朗┕?、安全技術(shù)、安全教育培訓(xùn)。

項(xiàng)目名稱：西南地區(qū)薄及中厚煤層預(yù)裂切頂自成巷無煤柱開采技術(shù)應(yīng)用與推廣，重慶市安全生產(chǎn)（煤炭發(fā)展）專項(xiàng)資金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2020-08）。