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        10414 工作面沿空留巷充填液壓支架設(shè)計實踐

        2022-08-10 08:46:06
        山東煤炭科技 2022年7期
        關(guān)鍵詞:空留巷錨索墻體

        呂 龍

        (安徽省礦業(yè)機電裝備有限責(zé)任公司,安徽 淮北 235000)

        淮北礦業(yè)集團(tuán)楊柳煤礦10414 工作面地質(zhì)條件復(fù)雜,沿空留巷技術(shù)成功應(yīng)用案例較少,針對這一情況,安徽省礦業(yè)機電裝備有限責(zé)任公司受邀承擔(dān)該煤礦10414 工作面沿空留巷充填液壓支架的設(shè)計與研究工作[1-6]。

        1 工程概況

        楊柳煤礦位于安徽省淮北市孫疃鎮(zhèn)楊柳村,為淮北礦業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)型礦井,礦井南北走向長9 km,東西走向?qū)?.2~9 km,礦井可采儲量140 Mt,主采10#煤層,為高瓦斯突出礦井,設(shè)計產(chǎn)能1.8 Mt/a。10414工作面位于104 采區(qū)東翼,埋深485 m,工作面走向長2100 m,傾斜長180 m;煤層厚度為1.95~4.25 m,平均厚度為2.93 m;工作面傾角1°~7°,平均傾角4°。直接頂是厚度為5.77 m 的灰黑色砂質(zhì)泥巖及泥巖,植物化石發(fā)育;基本頂是厚度為2.59 m 的中粒粉砂巖,灰黑色,中厚層狀,均勻?qū)永?;直接底是厚度?.01 m 的砂質(zhì)泥巖和泥巖;老底是厚度為4.02 m 的深灰色中粒細(xì)砂巖,含淺白色團(tuán)塊狀結(jié)核,平均厚度3. 94 m。

        10414 工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面為矩形,掘進(jìn)寬度為5200 mm,掘進(jìn)高度為3000 mm,錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。10414 工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面為矩形,掘進(jìn)寬度為4800 mm,掘進(jìn)高度為3000 mm,錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。根據(jù)煤層賦存條件,10414 工作面采用單一傾斜長壁后退式綜合機械化充填開采的采煤方法。

        10414 工作面埋深大、為高瓦斯突出礦井、松軟破碎頂?shù)装?,因此工作面沿空留巷的技術(shù)難度非常大,必須制定針對性的措施。

        2 沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析

        2.1 沿空留巷的影響因素分析

        (1)沿空留巷的施工情況受埋深和煤層厚度的影響。10414 工作面埋深為485 m,開采的10#煤平均煤厚為2.93 m,為大埋深中厚煤層巷道,沿空留巷的施工作業(yè)較容易,施工成本合理,效果易保證。

        (2)沿空留巷的成功與否受直接頂厚度及其巖性的影響。10414 工作面直接頂厚度為5.77 m,直接頂厚度較小,垮落時容易造成上覆巖層破斷,巷道圍巖及充填墻體變形情況無法控制,變形量會較大,必須在留巷過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制?;?0414工作面直接頂巖性的砂質(zhì)泥巖及泥巖特性,針對性地對巷道進(jìn)行補強措施。

        (3)沿空留巷的成功與否受工作面傾角的影響。10414 工作面平均傾角4°,這對沿空留巷工藝的實施沒有影響,但是采空區(qū)冒落矸石易飛濺到充填支架,必須制定相應(yīng)的防范措施。

        2.2 沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)

        10414 工作面沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)如圖1,主要包括巷內(nèi)支護(hù)、巷旁支護(hù)、待充填區(qū)域支護(hù)、采空區(qū)支護(hù)和其他輔助設(shè)施。

        圖1 10414 工作面沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

        2.3 巷道補強支護(hù)

        10414 工作面回風(fēng)巷在掘進(jìn)前沒有考慮到沿空留巷問題,兩幫為點錨桿支護(hù),強度低,巷道兩幫底鼓無法有效控制,變形量會較大,必須對巷道兩幫和頂?shù)装暹M(jìn)行補強支護(hù),實現(xiàn)對巷道圍巖變形的有效控制,實現(xiàn)留巷復(fù)用。

        補強支護(hù)措施:頂板每隔2 排錨桿打1 根Φ21.6 mm×6300 mm 錨索鋼絞線。兩幫為錨桿+錨索加強支護(hù),距底板超過 300 mm 時補打1 根Φ20 mm×2400 mm 錨桿,配合Φ16 mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁,長度4800 mm;兩幫每隔2 排錨桿打1 排2 根Φ21.6 mm×6300 mm 錨索鋼絞線。煤柱側(cè)補打1 根Φ21.6 mm×5200 mm 錨索鋼絞線,實體煤側(cè)補打1 根Φ21.6 mm×4200 mm 錨索鋼絞線,配合Φ16 mm 圓鋼焊制的鋼筋梯子梁,長度4800 mm。

        2.4 充填墻體構(gòu)筑

        基于10414 工作面地質(zhì)實況,沿空留巷充填材料選擇高水速凝固化充填材料,具有支護(hù)強度高、速凝早強、密閉性好的特點。

        經(jīng)計算,10414 工作面沿空留巷充填體寬度確定為1.61 m,但是基于回風(fēng)巷頂板巖層的實況,確定沿空留巷充填體寬度為2.0 m,充填體高度為3 m。同時采用對拉錨桿+鋼帶對充填墻體進(jìn)行加固,對拉錨桿選用Φ21.6 mm+335 MPa 螺紋鋼兩端滾絲100 mm。

        2.5 充填液壓支架及支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

        10414 工作面回風(fēng)端頭沿空留巷充填液壓支架組進(jìn)行支護(hù)。主要包括有:過渡支架選用ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架,有擋矸支架A 為ZCG7600/20/40AD 型支架,有擋矸支架B 為ZCG7600/20/40BD 型支架。該充填液壓支架組合支護(hù)強度高,可以實現(xiàn)自行前移,并能對采空區(qū)矸石進(jìn)行隔離,安全性較高。

        2.5.1 充填液壓支架空間布置

        10414 工作面沿空留巷充填支架設(shè)備布置情況如圖2。由圖2 可知,機尾1~5 架布置為充填過渡支架,從機尾第6 架起布置中部支架;擋矸支架A布置在充填墻體下側(cè),擋矸支架B 布置在充填采空區(qū)下側(cè);擋矸支架B 跟隨前部充填過渡支架進(jìn)行實時的同步移動,而擋矸支架A 需要等待充填墻體施工且完全凝固后才能夠進(jìn)行移動。

        圖2 沿空留巷充填支架設(shè)備布置示意圖(mm)

        2.5.2 充填液壓支架技術(shù)參數(shù)

        10414 工作面沿空留巷充填過渡支架和中部支架均選用ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架,技術(shù)參數(shù):工作阻力為7600 kN,高度2.0~4.0 m,中心距1.5 m,支護(hù)強度為0.94 MPa。

        充填過渡支架和中部支架均采用整體頂梁+伸縮梁+一級護(hù)幫的形式,并設(shè)置有可翻轉(zhuǎn)護(hù)幫板,如圖3 所示。翻轉(zhuǎn)護(hù)板中間設(shè)置有600 mm×450 mm 大小的孔,相鄰護(hù)板間距450 mm。該設(shè)計可以保證錨桿和錨索施工作業(yè)的安全性,同時便于實現(xiàn)架前鋪網(wǎng)施工作業(yè)。

        圖3 可翻轉(zhuǎn)護(hù)板結(jié)構(gòu)示意圖(mm)

        擋矸支架A 和擋矸支架B 的技術(shù)參數(shù)與ZCG7600/20/40D 液壓支架技術(shù)參數(shù)基本一致。

        2.5.3 充填工藝

        10414 工作面沿空留巷充填工藝為:采煤機割煤→推溜→機尾第2~3 架前鋪設(shè)柔性頂網(wǎng)→拉架→機尾第1 架后,打單體;第2~3 架后打錨桿+錨索→充填→采煤機割煤。

        3 效果分析

        3.1 試驗效果分析

        (1)10414 工作面沿空留巷液壓支架與巷旁充填墻體寬度設(shè)計較為合理,巷旁充填墻體強度與沿空留巷液壓支架可較好地實現(xiàn)匹配,巷旁充填墻體強度能夠承受初次來壓和周期來壓強度。礦壓觀測數(shù)據(jù)表明:巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?60 mm,巷道兩幫最大移近量為128 mm,巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟啃?,巷道圍巖變形控制較好,留巷效果理想。

        (2)10414 工作面“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用,有效地消除和解決了10414 工作面上隅角及回風(fēng)流中瓦斯超限的安全隱患;“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計還使得10414 工作面不需要設(shè)計瓦斯抽采巷,大幅度降低了工作面掘進(jìn)作業(yè)工程量,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        (3)10414 工作面沿空留巷技術(shù)的設(shè)計,實現(xiàn)了工作面無煤柱開采,完全取消了區(qū)段煤柱的設(shè)計。10414 工作面煤炭資源的采出率從64.5%提高至84.6%,采出率提高了20.1%,節(jié)約了煤炭資源,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        3.2 充填液壓支架使用分析

        ZCG7600/20/40D 支撐式膏體充填液壓支架的應(yīng)用滿足了10414 工作面沿空留巷工藝的要求,有效地減輕了工作人員的勞動強度,減少了液壓支架崗位人員的數(shù)量,節(jié)約了人力成本,安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。

        4 結(jié)語

        淮北礦業(yè)集團(tuán)楊柳煤礦10414 工作面地質(zhì)條件復(fù)雜,主要表現(xiàn)為埋深較大、高瓦斯、破碎松軟頂?shù)装濉a槍?fù)雜地質(zhì)條件巷道的沿空留巷,進(jìn)行了充填液壓支架的設(shè)計與研究。從沿空留巷施工影響因素出發(fā),設(shè)計了充填液壓支架支護(hù)系統(tǒng)組成、空間布置情況。礦壓觀測數(shù)據(jù)表明:巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?60 mm,巷道兩幫最大移近量為128 mm,巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟啃?,巷道圍巖變形控制較好,留巷效果理想。10414 工作面沿空留巷技術(shù)的成功應(yīng)用,有效提高了該煤礦煤炭資源回收率,減少巷道掘進(jìn)工程量,為復(fù)雜地質(zhì)條件沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用提供了案例支持。

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