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        晉華宮礦大采高沿空留巷開采技術(shù)研究

        2021-10-11 07:06:16蘇耀杰
        2021年10期
        關(guān)鍵詞:晉華切頂空留巷

        蘇耀杰

        (晉能控股煤業(yè)集團 晉華宮礦,山西 大同 037000)

        我國煤礦開采主要以井工礦為主[1]。井下生產(chǎn)時,多采用留設(shè)區(qū)段煤柱進行開采。留設(shè)的保護安全煤柱的寬度差異較大,而不論是寬煤柱還是窄煤柱都會造成煤炭資源浪費。且巷道支護及掘進成本較大。切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)由何滿潮院士首次提出[2-3]。該技術(shù)應用雙向聚能張拉成型爆破技術(shù)超前預裂頂板,并將預裂部分斷裂的頂板支撐于采空區(qū),形成短懸臂梁結(jié)構(gòu)[4],形成穩(wěn)定的巷幫,阻斷矸石滑落對生產(chǎn)中巷道安全的威脅,形成留巷的不同分區(qū)。該工法從根本上實現(xiàn)了無煤柱開采,且支護成本較低,提高了煤炭資源的利用率[5],避免了因留設(shè)煤柱而出現(xiàn)的煤層自燃、沖擊地壓等煤礦災害。現(xiàn)場實施過程中需要進行一定的優(yōu)化和完善以適合具體的煤礦條件。

        本次研究以山西晉華宮煤礦為研究背景,結(jié)合現(xiàn)場條件在8714工作面回采過程中開展切頂卸壓沿空留巷技術(shù)研究。以期找出適合晉華宮礦的切頂沿空留巷工藝及綜合安全保障技術(shù)。

        1 工程背景

        晉華宮礦8714工作面屬礦井+810 m水平,位于礦井北部,為12-2號層307盤區(qū)首采工作面,工作面走向1 563 m,傾向196 m,工作面巷道沿煤層頂板掘進。工作面內(nèi)煤層頂板標高+822~+876 m,地面標高+1 232.3~+1 291.0 m,煤層厚度5.22~6.42 m,平均煤厚6.01 m,煤層結(jié)構(gòu)簡單,煤層傾角2~8°,平均5°,硬度系數(shù)3.0。

        8714工作面回采過程中采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)將2714巷保留下來作為8712工作面區(qū)段巷道使用,工作面布置及頂?shù)装鍘r層分布如圖1所示。

        圖1 工作面概況

        2 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)及工藝

        2.1 沿空留巷分區(qū)

        采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)后,根據(jù)巷道所受采動影響程度、巷道內(nèi)工程施工情況和巷道所處狀態(tài),本次研究將沿空留巷分為三個區(qū),分別為超前切頂區(qū)、滯后臨時支護區(qū)、成巷穩(wěn)定區(qū),如圖2所示。

        圖2 沿空留巷分區(qū)

        在超前切頂區(qū)內(nèi),主要進行超前預裂切縫和頂板補強支護,考慮超前支承壓力和工作面生產(chǎn)的影響,超前預裂切縫和頂板補強支護應超前工作面100 m完成。在滯后臨時支護區(qū)內(nèi)進行巷旁擋矸防護和滯后臨時支護,一方面防止采空區(qū)矸石竄入巷道;另一方面支撐頂板,減小巷道受到工作面周期來壓的影響。當留巷渡過了周期來壓的影響,并且巷道圍巖穩(wěn)定后,拆除頂板支護措施,完成留巷。

        2.2 沿空留巷工藝流程

        基于上述切頂卸壓沿空留巷技術(shù)原理,提出以“切、補、護、支”為核心的沿空留巷工藝流程,如表1所示。

        表1 沿空留巷核心工藝流程

        3 現(xiàn)場實施方案及效果

        2714巷切頂卸壓沿空留巷施工工藝為:超前預裂切縫—頂板補強支護—巷旁擋矸防護—滯后臨時支護—回撤臨時支護完成沿空留巷。

        3.1 超前預裂切縫方案

        超前預裂切縫施工范圍為:2714巷切眼至停采線外15 m,共計約1 500 m巷道。根據(jù)頂板取芯結(jié)果和頂板層間距探測結(jié)果,綜合確定目標切頂高度,如圖3所示。

        圖3 2714巷里段目標切頂高度

        3.2 頂板補強支護

        1) 頂板錨索排距3 000 mm時,設(shè)計在原有支護基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護頂板。

        2) 頂板錨索排距2 000 mm時,設(shè)計在原有支護基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護頂板。

        3.3 超前支護方案

        采用單體柱+金屬頂梁進行超前支護,超前支護距離不小于20 m。

        3.4 巷旁擋矸防護設(shè)計

        滯后臨時支護在2714巷過渡支架旁布置,施工范圍為2714巷切眼至停采線處,隨工作面推進向前方緊跟過渡支架施工。

        雙側(cè)金屬網(wǎng)沿爆破鉆孔連線布置,外層(靠巷道一側(cè))選用D8 mm鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)頂板接頂。選擇礦用風筒布相互搭接用于留巷段防漏風用U型鋼壓覆,擋矸柱采用36U型鋼通過卡纜搭接組成,下部U型鋼位于巷道一側(cè),加穿柱鞋防止鉆底,上部U型鋼位于采空區(qū)一側(cè),不帶頂帽以利于上部U型鋼鉆入頂板,增加擋矸柱穩(wěn)定性。增加橫撐支撐擋矸柱,防止擋矸柱變形,如圖4所示。

        圖4 巷旁擋矸防護

        3.5 滯后臨時支護方案

        滯后臨時支護區(qū)內(nèi)留巷受礦壓顯現(xiàn)的影響會出現(xiàn)圍巖應力增高、巷道變形等情況,通常位于工作面后方300 m范圍內(nèi),具體可根據(jù)現(xiàn)場觀測結(jié)果確定。在晉華宮礦尚無觀測數(shù)據(jù)的前提下,暫定工作面后方300 m范圍為滯后臨時支護區(qū),根據(jù)現(xiàn)場工業(yè)性試驗結(jié)果,確定追中滯后臨時支護距離。滯后臨時支護采用單體柱棚支護或采用垛式支架支護,如圖5所示。

        圖5 滯后臨時支護

        3.6 爆破切縫效果效果檢驗

        對爆破鉆孔進行多次窺視,采用ZKXG-30礦用鉆孔成像軌跡檢測裝置進行窺視,若窺視結(jié)果顯示爆破鉆孔內(nèi)沿切頂線方向裂縫發(fā)育長度超過鉆孔深度50%、相鄰炮孔連線有明顯裂縫,則說明成縫效果好。同時若工作面后方觀測孔在工作面回采后出現(xiàn)因采空區(qū)垮落而產(chǎn)生的堵孔,這說明頂板垮落良好,目標層位及時垮落,如圖6所示。

        4 結(jié) 語

        1) 針對晉華宮礦8714大采高工作面無煤柱支護進行了技術(shù)研究,形成了超前預裂切縫—頂板補強支護—巷旁擋矸防護—滯后臨時支護—回撤臨時支護的適合晉華宮礦的沿空留巷技術(shù)工藝。

        2) 提出了巷道爆破切縫的效果檢驗方案,并在井下實際生產(chǎn)中進行應用?,F(xiàn)場切縫效果明顯,沿空留巷技術(shù)應用效果良好。

        圖6 預裂切縫效果觀測

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