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        煤礦工作面沿空留巷支護技術(shù)方案的設(shè)計及應(yīng)用

        2021-10-15 09:09:38
        機械管理開發(fā) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:錨桿

        王 華

        (晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司,山西 朔州 038300)

        引言

        沿空留巷是將上區(qū)段工作面的一條回采巷道保留下來作為下區(qū)段工作面回采巷道使用的一項技術(shù),其具有取消區(qū)段煤柱、提高資源采出率、減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾、避免孤島工作面等優(yōu)點,是煤炭資源綠色、安全和高效開采的一種技術(shù)。長期以來,國內(nèi)外不少學(xué)者分別從技術(shù)、理論等方向?qū)ρ乜樟粝锛夹g(shù)作了大量研究,促使沿空留巷技術(shù)快速發(fā)展。巷旁支護經(jīng)歷了矸石墻、木垛、密集支柱、充填墻、砌塊墻無巷旁支護的發(fā)展;巷內(nèi)支護經(jīng)歷了木棚、工字鋼梯形支架、單體支柱結(jié)合頂梁網(wǎng)、錨梁網(wǎng)索支護的發(fā)展[1-3]。在沿空留巷理論方面,袁亮等建立了沿空留巷圍巖“大小”結(jié)構(gòu)模型,探討了留巷圍巖穩(wěn)定性控制關(guān)鍵技術(shù);何滿潮等提出了沿空切頂成巷無煤柱開采方法,并研制出雙向聚能爆破結(jié)合巷內(nèi)加強聯(lián)合支護的切頂技術(shù)。以上成果從技術(shù)上和理論上都取得較好的發(fā)展和應(yīng)用,本文以晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司81505工作面皮帶巷為研究對象,對沿空留巷支護方案進行優(yōu)化設(shè)計,為81505工作面皮帶巷沿空留巷現(xiàn)場的施工提供技術(shù)方案。

        1 工程概況

        1.1 礦井概況

        晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司位于懷仁縣云中鎮(zhèn),礦井井田面積為12.207 9 km2,礦井保有儲量為16 608萬t,設(shè)計可采儲量為9 345.4萬t,服務(wù)年限為55年。當(dāng)前主要開采5號煤層,瓦斯等級為高瓦斯,水文地質(zhì)類型為中等,自燃傾向性為容易自燃。礦井開拓方式為斜井、立井混合開拓,井筒數(shù)量為4個,主要運輸方式為斜井強力皮帶,輔助運輸為膠輪車運輸,礦井生產(chǎn)布局為一井一面,綜采采用走向長壁后退式綜采放頂煤工作面,工作面頂板管理為全部垮落法,綜采機械化程度、綜掘機械化程度均達(dá)到100%。

        1.2 工作面具體條件

        虎龍溝煤礦81505工作面所采煤層為5號煤層,煤層結(jié)構(gòu)簡單,屬于穩(wěn)定煤層。5號煤層傾角在2°~5°,平均傾角為3°;煤層厚度為1.45~2.23 m,平均厚度約1.78 m,局部煤層變薄,厚度為0.40~0.50 m。預(yù)測81505工作面掘進期間瓦斯絕對涌出量為0.5 m3/min,煤層有煤塵爆炸性,爆炸性指數(shù)19.03%,自燃傾向性為2級,屬自燃煤層。當(dāng)前5號煤層的開采變現(xiàn)接替困難,針對這一情況,在81505工作面皮帶巷進行高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)的開采。針對81505工作面皮帶巷沿空留巷原支護巷道變形嚴(yán)重、支護困難的問題,對沿空留巷支護技術(shù)方案進行了優(yōu)化設(shè)計,并進行實踐應(yīng)用。

        2 巷道原支護方式

        81505工作面皮帶巷屬半煤巖巷道,沿煤層頂板掘進,頂板采用鋼帶、錨桿和錨索聯(lián)合支護,錨桿采用Φ20 mm×2 200 mm圓鋼錨桿,間排距800 mm×1 000 mm。錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×5 400 mm,按兩排花型布置,間排距為4 000 mm×2 200 mm;巷道兩幫采用Φ20 mm×1 800 mm螺紋鋼錨桿,按兩排三花布置,間排距為1 500 mm×1 200 mm,每根螺紋鋼配套使用兩支樹脂藥卷,上部為CK2355、下部為K2355,最上一排錨桿距頂板500 mm。

        3 沿空留巷巷旁充填體參數(shù)設(shè)計

        針對81505工作面皮帶巷的地質(zhì)特征,對沿空留巷巷旁充填體參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。高水速凝材料水灰比確定為1.5∶1,此水灰比條件下高水充填材料峰值抗壓強度為10.4 MPa;高水速凝材料作為巷旁充填體全部置于采空區(qū),充填體長、高、寬設(shè)計為3.2 m×2.0 m×1.6 m。

        采用對拉錨桿、梯子梁、鋼筋網(wǎng)進行支護,增加充填體的承載能力和變形能力[4]。對拉錨桿間排距為750 mm×800 mm,最下面一根距離底板200 mm,最上面一根距離頂板300 mm,對拉錨桿采用規(guī)格Φ20 mm×1 800 mm的螺紋鋼材料制作。采用Φ14 mm圓鋼焊制的鋼筋梯子梁,托盤規(guī)格為120 mm×120 mm×10 mm。充填體外部鋪鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)采用Φ6.0 mm鋼筋焊接加工而成,規(guī)格為1 400 mm×1 000 mm,網(wǎng)孔規(guī)格為100 mm×100 mm。沿空留巷巷旁充填體加固支護情況如圖1所示。

        圖1 沿空留巷巷旁充填體加固支護布置示意圖(單位:mm)

        4 加強支護方案優(yōu)化設(shè)計

        4.1 巷內(nèi)加強支護方案

        81505工作面皮帶巷最初掘進作業(yè)施工時沒有考慮到沿空留巷開采方案,因此巷道支護方案的支護強度不高,必須進行補強支護。非采煤幫采用Φ20 mm×2 200 mm螺紋鋼錨桿配合Φ14 mm鋼筋自行焊制的鋼筋梯子梁進行補強支護,采用兩排三花布置,間排距1 500 mm×1 450 mm,最上一排錨桿距頂板650 mm??拷夭蓭晚敯宀捎忙?7.8 mm×5 400 mm錨索補強支護,每排1根,排距2 000 mm,皮帶巷補強支護布置情況如圖2所示。

        圖2 81505工作面皮帶巷補強支護圖(單位:mm)

        4.2 充填區(qū)頂板支護方案

        在端頭液壓支架沿頂板鋪設(shè)雙層菱形金屬網(wǎng),采用錨桿加固的方式對充填區(qū)頂板進行加固,先推刮板輸送機后移架[5]。每割一刀煤打一排3根錨桿,第一排錨桿距支架前梁端不大于0.5 m,錨桿規(guī)格220 mm×2 200 mm,充填區(qū)上方加強支護情況見圖3。

        圖3 充填區(qū)上方加強支護示意圖(單位:mm)

        若巷道頂板在較好的情況下移架后能保持充填區(qū)內(nèi)頂板不破碎、不離層,則可以在液壓支架后方設(shè)置錨桿。

        4.3 采空區(qū)擋矸方案

        采用單體液壓支柱配合鉸接頂梁+菱形金屬網(wǎng)進行擋矸,具體方案如下:單體液壓支柱排距和柱距為300 mm×500 mm,采用兩排單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護,在外側(cè)鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng),可以起到防止矸石進入充填區(qū)域的目的。采空區(qū)擋矸加強支護情況如圖4所示。

        圖4 留巷段擋矸加強支護示意圖(單位:mm)

        4.4 留巷段加強支護技術(shù)與方案

        81505工作面回采及皮帶巷留巷期間,工作面巷道頂板巖層活動非常劇烈,針對這一情況,必須采用兩根單體液壓支柱+π型梁配套加強支護[6],單體液壓支柱排距和柱距為800 mm×2 100 mm,邊柱距兩幫的距離分別為500 mm、1 000 mm。

        5 支護效果

        虎龍溝煤礦81505工作面皮帶巷沿空留巷采用以上沿空留巷充填體材料參數(shù)、留巷內(nèi)加強支護、充填區(qū)域頂板支護、采空區(qū)擋矸及留巷段加強支護的方案進行優(yōu)化設(shè)計后,在皮帶巷設(shè)置了若干測點(每30 m設(shè)1個),對皮帶巷兩幫及頂?shù)装遄冃瘟壳闆r進行監(jiān)測。

        通過對皮帶巷兩幫及頂?shù)装遄冃瘟康臄?shù)據(jù)分析可知,在81505工作面回采及留巷期間,在皮帶巷留巷后,該巷道兩幫移近量穩(wěn)定在106 mm,頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在131 mm,巷道變形控制在許可范圍之內(nèi),滿足了安全生產(chǎn)的要求。

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