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        無煤柱綜采工作面沿空留巷支護(hù)方案

        2020-06-28 06:52:20梁仁智
        煤礦現(xiàn)代化 2020年4期
        關(guān)鍵詞:切頂空留巷煤柱

        梁仁智

        (大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司,山西 大同 037003)

        1 概 述

        大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)8305工作面設(shè)計回采長度為1200m,工作面長度為220m,工作面東部為實(shí)煤區(qū),南部為采區(qū)邊界,西部為盤區(qū)大巷,北部為8104運(yùn)輸巷。

        為了保證工作面煤柱回采量,減少采空區(qū)煤柱遺留量,決定對8305工作面、8305工作面采用無煤柱回采工藝,兩個工作面進(jìn)行沿空留巷,所留巷道為5305巷,沿空留巷斷面規(guī)格為寬×高=4.8×3.5m,巷道直接頂主要炭質(zhì)泥巖為主,平均厚度為2.4m,直接頂主要以粗砂巖為主,平均厚度為11.2m。

        為了防止8305無煤柱工作面回采過程中,工作面頂板應(yīng)力傳遞導(dǎo)致8105工作面頂板出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象,削弱頂板應(yīng)力破壞作用,決定在沿空留巷段進(jìn)行切頂卸壓施工;同時為了提高沿空留巷段圍巖承載能力,降低巷道圍巖變形量,提高沿空留巷效果,決定對沿空留巷段頂板采取“恒阻大變形錨索支護(hù)+巷道臨時支護(hù)”加強(qiáng)支護(hù)措”

        2 爆破預(yù)裂切頂卸壓施工

        2.1 切頂卸壓技術(shù)原理

        爆破預(yù)裂切頂卸壓技術(shù)主要是將乳化炸藥裝安裝在具有聚能效應(yīng)的D型聚能裝置中,通過起爆聚能裝置中乳化炸藥,可使指定方向上的圍巖在爆破張力作用下出現(xiàn)張拉斷裂;由于聚能裝置對圍巖的保護(hù)作用且爆破能量釋放在鉆孔深部,鉆孔非設(shè)定方向圍巖受力均勻且保持完整,從而即實(shí)現(xiàn)了頂板深處指定方向爆破預(yù)裂效果,又避免了頂板破壞作用。

        2.2 切頂卸壓施工方案

        1)5305巷切縫預(yù)裂爆破實(shí)際效果觀察發(fā)現(xiàn),采用逐孔爆破,每10孔為一組,間隔一個孔作為窺視孔,利用YTJ20巖層探測記錄儀進(jìn)行窺視,根據(jù)窺視結(jié)果,評價切縫效果。

        2)聚能管采用最新專利產(chǎn)品D型聚能管,特制聚能管具有對稱凹槽,外徑為28mm,管長2000mm。聚能爆破采用二級煤礦乳化炸藥,將炸藥均勻裝在聚能管內(nèi),爆破孔口采用炮泥封孔,預(yù)裂爆破鉆孔布置示意圖如圖1所示;頂板完整處聚能管裝藥長度為5000mm,若頂板風(fēng)化或破碎處,適當(dāng)降低裝藥長度,一般不應(yīng)超過4000mm。

        3 沿空留巷聯(lián)合支護(hù)工藝

        3.1 恒阻大變形錨索支護(hù)

        為了降低切頂施工對沿空留巷頂板穩(wěn)定性影響,巷道切頂施工前對5104巷頂板采用恒阻大變形錨索進(jìn)行加固。

        1)考慮到切縫參數(shù)及巷道原設(shè)計支護(hù)方式,同時為避免預(yù)裂切縫爆破影響恒阻錨索錨固段的完整性,導(dǎo)致錨固效果不佳,大變形恒阻錨索錨固端應(yīng)位于堅硬巖層中且超出切縫孔2.0m以上,錨索長度為8.3m,直徑為21.8mm,恒阻器長度為0.6m,外徑75mm,恒阻值為330kN±20kN,預(yù)緊力不小于300kN。

        2)5105巷頂板共計施工兩排恒阻大變形錨索,錨索沿巷道走向布置,第一排錨索施工在距切頂線0.4m處,錨索間距為1.0m,每6根恒阻錨索用一根BHW-300-5.00型W鋼帶進(jìn)行連接,如圖2所示。

        圖2 5105巷恒阻大變形錨索支護(hù)斷面、平面示意圖

        3)第二排大變形恒阻錨索與第一排排距為1.5m,第二排錨索間距為2.0m,錨索與頂板之間采用規(guī)格為長×寬=0.3×0.3m鋼托板進(jìn)行固定,所有錨索錨固力不得低于200kN。

        3.2 巷道臨時支護(hù)設(shè)計

        受采動影響,8304工作面在回采過程中沿空留巷段圍巖出現(xiàn)不同應(yīng)力變化區(qū),根據(jù)巷道安裝圍巖變形監(jiān)測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),工作面回采過程中,5105巷形成三個圍巖變形區(qū),分別是超前應(yīng)力區(qū);架后圍巖破壞區(qū);成巷穩(wěn)定區(qū)(架后120m后),所以為了保證沿空留巷穩(wěn)定性,必須對不同應(yīng)力區(qū)采取有效的臨時支護(hù)措施。

        3.2.1 超前應(yīng)力區(qū)臨時支護(hù)

        由于受工作面回采應(yīng)力以及巷道開挖殘余應(yīng)力集中作用,在工作面前方30m范圍內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力破壞區(qū),需對此段進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù),根據(jù)8305工作面情況,決定采用單體液壓支柱進(jìn)行超前支護(hù)。在頂板完好地段,單體液壓支柱布置在巷道距回采煤壁1.5m處,排距為1.0m,每排一根。在頂板破碎,裂隙明顯增多地段,可在不影響轉(zhuǎn)載機(jī)自移的情況下根據(jù)現(xiàn)場情況加密支護(hù)。

        3.2.2 架后圍巖破壞區(qū)臨時支護(hù)

        1)由于8304工作面回采后,采空區(qū)出現(xiàn)垮落,且垮落具有一定時間段,采空區(qū)垮落時對架后沿空留巷段產(chǎn)生影響,形成架后圍巖破壞區(qū),位于架后架后0~120m范圍內(nèi),對該區(qū)域不僅需加強(qiáng)頂板支護(hù),而且還需進(jìn)行采空區(qū)側(cè)擋矸支護(hù)。

        2)在架后0~120m范圍內(nèi),決定采用單體柱+π型梁“一梁三柱”對頂板進(jìn)行架后臨時支護(hù)。π型梁長度為3.5m,靠近留巷側(cè)第一列單體柱距切頂線0.6m,與第二列單體柱間距1.0m,第二列單體柱與第三列單體柱間距2.0m,排距1.2m。

        3)對采空區(qū)側(cè)采用“單體液壓支柱(不戴帽)+U型鋼可縮支柱緊壓菱形網(wǎng)”聯(lián)合進(jìn)行擋矸支護(hù),根據(jù)巷道高度選用DW28-2500/100型單體柱接頂,U型鋼可縮支柱由兩節(jié)25#礦用U鋼組成,上節(jié)長為2.0m,下節(jié)長1.8m,搭接長度1m,搭接處用兩組卡纜固定,單體柱支設(shè)沿切縫線布置且與U型鋼可縮支柱交替布置,單體柱與U型鋼間距為0.25m,如圖3所示。

        圖3 架后圍巖破壞區(qū)臨時支護(hù)斷面、平面示意圖

        3.2.3 成巷穩(wěn)定區(qū)臨時支護(hù)設(shè)計

        隨著8304工作面采空區(qū)垮落穩(wěn)定,在架后120m后沿空留巷段圍巖受采動影響逐漸降低,根據(jù)頂板離層儀及單體柱活柱量的變化情況,評價該區(qū)域頂板的活動情況,可將臨時支護(hù)“一梁三柱”變?yōu)椤耙涣憾保敝羻误w支柱全部回撤。U型可縮支柱、單體檔矸柱、菱形網(wǎng)進(jìn)行擋矸,根據(jù)8301、8302工作面沿空留巷最終巷道成型情況來看,單體檔矸柱全部回撤,U型腿隔一回一,保留1m一根,不會造成采空區(qū)矸石涌入巷道,巷道斷面能夠滿足行人、通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

        4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

        1)提高煤柱回采量:8305工作面采用切頂卸壓沿空留巷無煤柱回采后,取消了相鄰兩個工作面之間的25m保安煤柱,共計可回收原煤8.2萬t,提高經(jīng)濟(jì)效益達(dá)8200余萬元。同時采用無煤柱回采后減少了巷道掘進(jìn)長度為1700m,降低了巷道掘進(jìn)成本費(fèi)用達(dá)2100萬元。

        2)緩解了采掘接續(xù)矛盾:按全區(qū)采掘接續(xù)安排,兩個工作面回采間隔時間應(yīng)為120天,采用新技術(shù)后,間隔時間僅為30天,大大減少了連續(xù)采煤間隔時間,保證了采掘接續(xù)的正常。

        3)提高圍巖穩(wěn)定性:5305巷爆破切頂卸壓后可以大大降低圍巖支護(hù)工作阻力;同時可使集中應(yīng)力轉(zhuǎn)移到深部圍巖,降低沿空巷道圍巖應(yīng)力破壞作用,最大限度地發(fā)揮沿空巷道圍巖自承載能力;

        4)提高支護(hù)效果:聚能爆破操作簡單易行,切頂效果好,降低了巷內(nèi)切頂支柱的性能要求;采用聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)后降低了工作面回采集中應(yīng)力對頂板破壞作用,保證了沿空留巷圍巖穩(wěn)定性。

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