武志龍
(山焦汾西香源煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 交城 030500)
為提高煤炭回收率、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限,小煤柱、無煤柱沿空留巷技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。沿空留巷是將上區(qū)段回采巷道保留下來用作下區(qū)段回采巷道使用,可顯著提高采區(qū)煤炭回收率、降低開拓成本,同時(shí)還可緩解礦井采掘接續(xù)緊張局面。目前,沿空留巷主要采用巷旁充填的方式進(jìn)行留巷支護(hù),巷旁充填的方式包括柔膜混凝土、高水材料和矸石充填等[1-5]。香源煤業(yè)1210 運(yùn)輸巷計(jì)劃采用沿空留巷的方式保留下來用作1212 工作面材料巷使用,以提高煤炭回收率,緩解采掘接續(xù)緊張局面。
1210 工作面位于一采區(qū),東為1208 采空區(qū),南為一采皮帶巷,西為1212 工作面(未采),北為井田邊界保安煤柱,如圖1。工作面開采山西組2#煤層,據(jù)SK1、SK2 鉆孔和附近地質(zhì)資料可知,其煤厚0.7~2.3 m,均厚1.6 m,屬穩(wěn)定可采煤層,煤層傾角3°~8°,平均5°。基本頂為中砂巖,厚2.01~5.99 m,裂隙發(fā)育差,泥質(zhì)膠結(jié),半堅(jiān)硬;直接頂為細(xì)砂巖或砂質(zhì)泥巖,厚0.5~7.0 m,南部為灰黑色細(xì)砂巖,北部相變?yōu)榛液谏百|(zhì)泥巖;偽頂為泥巖,厚0.2 m,易碎不穩(wěn)定;直接底為中砂巖,厚2.7~3.7 m,含泥質(zhì)細(xì)條紋,質(zhì)硬。1210工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)斷面為矩形,掘進(jìn)寬度4.2 m,高度2.5 m,全長(zhǎng)890 m。
圖1 采掘工程平面圖
1210 運(yùn)輸巷留巷前采用錨桿+錨索+鋼筋托梁+鋼塑復(fù)合網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),具體支護(hù)技術(shù)與參數(shù)如下:
(1)錨桿。頂錨桿采用Ф20 mm×2000 mm的左旋螺紋鋼錨桿,幫錨桿采用Ф16 mm×1600 mm 的圓鋼端頭錨固錨桿。頂錨桿配MSK2355 及MSZ2355 型藥卷各1 卷,幫錨桿配MSK2355 藥卷1 卷。錨桿間排距均為800 mm×900 mm。頂錨桿錨固力不小于180 kN,幫錨桿錨固力不小于60 kN。
(2)錨索。錨索采用Ф17.8 mm×5500 mm 的鋼絞線,呈“五花”布置,即一排布置3 根,一排布置2 根,排距為1800 mm。布置3 根時(shí)間距為1000 mm,布置2 根時(shí)間距為1200 mm。錨索配1卷MSK2355 型藥卷、2 卷MSZ2355 型藥卷。
(3)鋼筋托梁。采用Ф14 mm×80 mm×4100 mm 的鋼筋托梁,眼間距為800 mm。
(4)鋼塑復(fù)合網(wǎng)。巷道頂部及兩幫鋪設(shè)鋼塑復(fù)合網(wǎng),頂網(wǎng)規(guī)格4.6 m×1.0 m,幫網(wǎng)規(guī)格2.3 m×1.0 m,網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm。
留巷前支護(hù)斷面圖如圖2。
圖2 留巷前支護(hù)斷面圖(mm)
1210 運(yùn)輸巷留巷后在采空區(qū)側(cè)采用錨桿+鋼筋托梁+鋼塑復(fù)合網(wǎng)+柔膜混凝土+對(duì)拉錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),具體支護(hù)技術(shù)與參數(shù)如下:
(1)錨桿。工作面機(jī)尾頂板采用規(guī)格Ф20 mm×2000 mm 的左旋螺紋鋼錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),配MSK2355 及MSZ2355 型藥卷各1 卷,間排距均為800 mm×900 mm。
(2)鋼筋托梁。采用Ф14 mm×80 mm×2500 mm 的鋼筋托梁,眼間距為800 mm。
(3)鋼塑復(fù)合網(wǎng)。工作面機(jī)尾頂板處鋪設(shè)鋼塑復(fù)合網(wǎng),規(guī)格2.5 m×1.0 m。
(4)柔膜混凝土充填。在機(jī)尾過渡支架尾部支設(shè)規(guī)格為1.8 m×1.9 m×2.5 m 的柔模,混凝土采用340 kg/m3以上的膠凝材料加上適量?jī)?yōu)質(zhì)粉煤灰進(jìn)行制備,砂率50%~55%,最大料粒小于25 mm,塌落度30~160 mm,水灰比1:1.67。
(5)對(duì)拉錨桿。柔膜混凝土充填采用規(guī)格Ф20 mm×2100 mm 的對(duì)拉錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),保證巷旁充填體寬度不小于2.0 m,間排距均為700 mm×700 mm。
留巷后支護(hù)斷面圖如圖3。
圖3 留巷后支護(hù)斷面圖(mm)
1210 運(yùn)輸巷沿空留巷支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后,監(jiān)測(cè)了留巷過程中的巷道圍巖變形情況,如圖4。
1210 運(yùn)輸巷超前工作面50 m 開始受采動(dòng)影響,巷道出現(xiàn)變形現(xiàn)象。采動(dòng)影響初期,1210 運(yùn)輸巷圍巖變形速度較慢,頂、底板及兩幫變形速度分別為1.5 mm/d、2.0 mm/d、1.8 mm/d 左右。超前工作面20 m 后,1210 運(yùn)輸巷圍巖變形速度加快。此時(shí),頂、底板及兩幫變形速度分別為3.2 mm/d、4.1 mm/d、7.5 mm/d 左右,頂?shù)装遄冃嗡俣燃涌炝? 倍以上,兩幫變形速度加快了3 倍以上。超前范圍內(nèi),1210運(yùn)輸巷頂、底板及兩幫累計(jì)變形量分別為37 mm、45 mm、80 mm。
1210 運(yùn)輸巷滯后工作面初期,巷道圍巖變形速度顯著增加。滯后工作面20 m 范圍內(nèi),1210 運(yùn)輸巷頂、底板及兩幫變形速度分別增至5.6 mm/d、9.1 mm/d、12.6 mm/d 左右。滯后工作面60 m 范圍后,巷道圍巖變形速度開始減緩,1210 運(yùn)輸巷頂、底板及兩幫變形速度分別降至1.4 mm/d、1.8 mm/d、1.6 mm/d 左右。滯后工作面120 m 后,巷道圍巖變形趨于穩(wěn)定,1210 運(yùn)輸巷頂、底板及兩幫累計(jì)變形量分別為126 mm、179 mm、275 mm。
圖4 1210 運(yùn)輸巷留巷時(shí)期圍巖變形曲線
基于香源煤業(yè)1210 工作面運(yùn)輸巷生產(chǎn)地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)了1210 運(yùn)輸巷沿空留巷支護(hù)方案,監(jiān)測(cè)了巷道變形情況,均能夠滿足采煤期間的正常使用和安全生產(chǎn)需要。