山西某矿沿空留巷技术应用分析.pdf
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1、第 卷第 期煤炭科技 年月 收稿日期:;:作者简介:段永(),男,山西娄烦人,工程师,年毕业于华北科技学院安全工程专业,现从事煤矿开采工作。引用格式:段永 山西某矿沿空留巷技术应用分析 煤炭科技,():,():文章编号:()山西某矿沿空留巷技术应用分析段永(山西潞安集团 潞宁煤业有限责任公司,山西 忻州 )摘要:针对山西某矿井下工作面是否可以采用沿空留巷技术进行资源回收利用的问题,通过现场调研分析,确定采用超前卸压、高预应力强力锚杆与锚索巷内补强支护、强力混凝土墙体巷旁支护、木点柱挡矸等技术进行沿空留巷,并对比分析了采用沿空留巷前后的社会经济效益。结果表明,采用沿空留巷技术完全可以满足巷道压力
2、要求;采用沿空留巷技术可以有效节约巷道掘进费用,提高资源回收率,提高安全保障能力,该矿井工作面完全可以试行应用沿空留巷技术。关键词:沿空留巷;切顶卸压;支护补强;巷旁支护;混凝土充填;型通风中图分类号:文献标志码:(,):,:;:从 世纪 年代开始,我国在研究、试验和推广应用沿空留巷技术方面进行不断探索,积累了扎实的技术基础与丰富的实践经验。继“十二五”规划以来,沿空留巷技术在行业需求与国家政策的双重驱动下取得了长足发展。沿空留巷技术是企业实现降本增效、绿色可持续发展的重要途径之一,具有提高煤炭资源回采率、减少巷道掘进量、多回收煤柱提高服务年限、提高安全保障能力等优点 。山西某矿作为一个整合优
3、化矿井,资源的高效开采一直是矿井研究的主要方向,沿空留巷技术的实施应用可以有效地减少资源的浪费,达到高效生产的目的 。针对山西某矿井下现场实际情况,通过多方考证及现场调研,对该矿 综采工作面运输巷沿空留巷进行可行性研究论证。年第 期煤炭科技第 卷 工作面概况该矿主要开采 、号煤层。其中,号煤层平均煤厚 ;号煤层平均煤厚 ;煤层间距 ,平均 。划分为 个采区,一井两面,薄 厚搭配开采,为高瓦斯矿井。工作面采用长壁综合机械化开采,主采的 号煤层,平均煤厚 ,厚度及煤质变化小,硬度系数 ,走向长度 ,埋深 ,倾角 ,斜长 ,需要部分破顶。号煤层自燃倾向性等级为类,煤层自然发火期为 ,属自燃煤层,火焰
4、长度大于 。运输巷掘进期间,绝对瓦斯涌出量为 ,相对瓦斯涌出量为 ,巷道高度 ,沿底掘进,需要部分破顶,属于半煤岩巷,巷道掘进效率较低。工作面区域地层整体为东南方向倾斜的单斜构造。工作面主要出水源为 号煤层与 号煤层之间的砂岩裂隙含水层水,该层含水层水补给条件差,水头较高,流量小,属多年贮存下来的水。由于受掘进活动影响,水压力不大,易于疏干。预计最小涌水量为 ,最大涌水量为 。工作面布置平面如图 所示,顶底板综合柱状如图 所示。图 工作面布置示意 沿空留巷设计 沿空留巷技术难点()顶板为坚硬顶板,来压期间对巷旁充填体冲击较大。()煤层底板为泥岩,受多次动压影响,容易底鼓。()辅运运输为卡轨车运
5、输,运量低,影响巷旁支护形式选择。()工作面漏风,可能和上覆 号煤采空区沟通。图 工作面顶底板综合柱状 总体技术思路针对上述难点,提出了以下沿空留巷技术技术方案,如图 所示。()总体思路:超前卸压 高预应力、强力锚杆与锚索巷内补强支护 强力混凝土墙体巷旁支护 木点柱挡矸 云端无线矿压实时监测。()留巷用途:运输巷留巷,作为 工作面回风巷使用。()巷道规格:留巷前巷道宽度 ,留巷后巷道宽度 ,高度 。()推进速度:。()挡矸支护方式:工作面超前挂网,采用木点柱进行挡矸切顶,并形成作业空间。()巷旁支护方式:在巷内浇筑宽度 混凝土墙体。()超前卸压方式:根据现场实际情况,采用爆破方式,对顶板进行切
6、顶卸压,诱导采空区端头悬臂沿切顶线滑落,减小悬臂梁长度,形成“短悬臂梁”结构,减小巷旁支护压力 。()泵送设备及工艺:预搅拌砂石料运至施工地点,井下添加水泥和水,利用“上料搅拌泵送”一体化混凝土泵送至待充墙体,混凝土泵压力 年第 期段永:山西某矿沿空留巷技术应用分析第 卷图 沿空留巷工作面布置 在 左右,实现一次性带压接顶。()劳动作业方式:检修班泵充待浇筑墙体,生产班运料、支设模具、顶板挂网、和滞后补强支护。()通风方式:工作面形成“二进一回”通风方式,留巷段作为工作面进风通道。沿空留巷支护补强方式巷道原有支护形式为:巷道顶部为“锚网索”联合支护,采用 的螺纹钢锚杆,锚杆间排距为 ,沿巷道中
7、心按照“”的形式布置锚索,锚索规格为 、长 、股钢绞线,锚索间距为 ,排距为 ,巷道原有支护如图 所示。在原有巷道支护的基础上,采用长 、股高强度低松弛预应力钢绞线,按照“”的形式进行补强支护,原有锚索与补强支护锚索形成“”的锚索布置形式,如图 所示。图 工作面运输巷原支护方案示意 图 工作面运输巷补强支护示意 年第 期煤炭科技第 卷 切顶 卸压施工工艺确定()切顶卸压方式选择。由于顶板上覆岩石为砂岩,抗压强度为 ,强度较高,故采用定向爆破切顶技术及时切断坚硬顶板,减少巷旁支护的压力。为使工作面顶板垮落矸石充满采空区以达到岩层触矸效果,需要处理的矸石高度按照碎胀系数计算得出切顶卸压高度为 ,同
8、时根据钻孔岩层结构,煤层上方直接顶为泥岩厚度 ,为保证卸压及采空区充填效果,应主要对 以上的顶板进行预裂,故切顶卸压高度。()切顶卸压爆破参数确定。通过柱状炸药产生的爆破载荷计算 以及粉碎圈与裂隙圈半径的计算 ,并结合已有工程经验,切顶卸压爆破参数设计如下钻孔倾角:钻孔角度为 时效果较好。钻孔深度:为保证足够的卸压高度,卸压高度取 ,对应钻孔深度为 。爆破孔直径:根据研究发现,炸药被筒直径 、炮孔直径 较好,不耦合系数 。爆破孔间距:炮孔单排布置,孔间距初步确定为 ,为了施工方便,开孔口位置距离巷帮 ,躲开锚杆、锚索托盘。根据爆破后钻孔窥视结果和后期矿压观测结果,可适当进行优化改进。爆破孔封孔
9、及装药长度:炮孔斜长 ,装药长度 ,炮泥长度 。()巷旁混凝土充填体支护设计。沿空留巷混凝土巷旁支护可以通过支撑垮落带靠近边缘的顶板方向载荷,从而分担和减轻巷内支护的压力;当直接顶比较坚硬或顶板有周期来压时,通过利用爆破切断顶板,从而避免了顶板从煤帮处断裂,同时利用巷旁支护来承受直接顶静载和基本老顶来压所产生的的运动荷载 。沿空留巷技术巷旁支护共包括部分:挡矸木点柱和混凝土墙体支护。其中,挡矸木点柱作为工作面推进后的临时支护,主要作用是为了维护施工作业空间,防止采空区的矸石窜入巷道中,便于后续施工混凝土墙体 ;混凝土墙体作为沿空留巷范围内主要巷旁支护主体。根据该矿地质条件,建立了沿空留巷支卸组
10、合耦合承载结构力学模型 ,如图 所示。根据沿空巷旁支护适应性原理与支护方法结论及“柔强”组合巷旁支护原理 推断可知,在坚硬顶板岩梁弯曲下沉的整个过程中实体煤帮一直起作用,为此将实体煤帮对顶板的作用力分布简化为线性分布状态 ,则实体煤对顶板作用力 为:()()图 沿空留巷支卸组合耦合承载结构力学模型 式中,为实体煤帮对顶板支撑作用力;为坚硬顶板(基本顶)岩梁断裂线距巷道实体煤壁的距离;为坚硬顶板(基本顶)断裂线位置单位宽度载荷强度;为巷道煤帮处单位宽度载荷强度。其中,假设充填体对顶板作用力分布(直接顶)为梯形分布载荷 ,则充填体中间等效载荷强度为,为巷旁混凝土充填体宽度,则巷旁充填体作用力 为:
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