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        沿空留巷技術在伯方煤礦中的應用研究

        2020-06-10 09:07:06王建強
        山東煤炭科技 2020年5期
        關鍵詞:作業(yè)面頂梁示意圖

        王建強 秦 超

        (山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦分公司,山西 晉城 048000)

        伯方煤礦在3#煤層3308 工作面回采完成后,擬在3307工作面、3309工作面采用小煤柱沿空留巷。但由于留小煤柱沿空掘巷,受臨近采空區(qū)側向支承壓力影響,巷道變形量大,維護困難,在回采階段需對3308 工作面兩順槽加強支護,保證采空區(qū)側向支承壓力影響下巷道圍巖變形在可控范圍,為后期小煤柱開采時的合理煤柱尺寸留設以及3307、3309 工作面順利回采創(chuàng)造安全條件。

        1 工作面概況

        3308 工作面是三盤區(qū)第一個沿空留巷工作面,煤層賦存條件較好,傾角在1°~7°之間,煤層平均厚度為5.41m。工作面傾向長度是210m,走向長度1900m。基本頂為平均厚度16.65m 的由碎屑、石英、白云母組成的粗砂巖,緊密結實;直接底為平均厚度3m 的細砂巖;基本底為平均厚度 2.7m 的泥巖,上部有細砂巖。以“兩進一回”的布置形式沿煤層頂板掘進3 條巷道,巷道布置示意圖如圖1所示。

        圖1 巷道布置示意圖

        2 沿空留巷工藝技術

        通過分析工作面覆巖關鍵塊的穩(wěn)定性可知:在二次采動的影響下,由于塊體斷裂而產(chǎn)生的大結構仍能保持穩(wěn)定狀態(tài),直接頂和留巷頂煤的懸臂結構是否能承載較大壓力是影響綜放作業(yè)面留巷穩(wěn)定性的關鍵因素。通過對頂板實施錨索補強加固措施,增強其自由端支撐,保證懸臂結構在較大的承載力下不出現(xiàn)彎曲,使其具備滿足要求的可靠性。除此之外,通過加強懸臂梁的固支端即開展煤壁側補強支護作業(yè),從而加強懸臂梁的承載性,具體實施方法如下:

        (1)膜袋加固。在不斷推移的回采作業(yè)過程中,上部覆巖下沉就會產(chǎn)生向下的壓力,這個壓力逐漸施加在巷旁充填體,并且基本頂會發(fā)生破斷回轉,會產(chǎn)生需要巷旁充填體直接承載的側向壓力。在雙重壓力下,工作面后方產(chǎn)生的支撐壓力變得更高,嚴重影響充填體的承載力和完整性,需要制定能夠增強充填體穩(wěn)定性和強度的合理的方案措施:將螺紋鋼對拉鋼筋于充填作業(yè)前布置到充填膜袋內(nèi),鋼筋在充填液體凝固了以后就需施加側向約束力,從而提升充填體的穩(wěn)定性和強度。拉鋼筋布設如圖3所示。

        圖2 對拉鋼筋布設示意圖

        (2)“超前單體+鉸接頂梁”支護。實施“單體液壓支柱+鉸接頂梁”的支護方案,在超前作業(yè)面 20m 區(qū)域范圍內(nèi)布置以加強支護。采用1.2m 長的鉸接頂梁,使超前支撐壓力對留巷產(chǎn)生的影響最大限度的縮減,從而達到增強巷道安全性和穩(wěn)定性的目的?!俺皢误w+鉸接頂梁” 支護布置圖如圖4 所示。

        (3)頂板錨索補強。在留巷頂板再次打設錨索,每一排新增3 根錨索,采用2m 的間距,且與之前的錨索交錯布置。其中1#、2#和3#錨索分別布置在作業(yè)面煤幫、充填體正上方和距幫壁1m 處。1#、2#和3#均采用直徑22mm 的錨索,其長度分別為5.3m、8.3m 和8.3m。錨索布置示意圖如圖5 所示。

        圖3 “超前單體 + 鉸接頂梁”支護布置圖

        圖4 錨索布置示意圖

        (4)針對在3308 工作面回采后極容易出現(xiàn)頂板垮落巖塊現(xiàn)象,借助于廢舊的36U 型鋼材質(zhì)的柱腿搭設于巷道上方,以此來防止頂板垮落巖塊進入巷道。同時,將菱形網(wǎng)提前布設在液壓支架的上方,并搭接在巷道頂板的鐵絲網(wǎng)上,起到擋矸的作用。36U 型鋼柱腿示意圖如圖 6 所示。

        圖 5 36U 型鋼柱腿示意圖

        3 實施效果分析

        在充填體安置型號為GPD30 應力感應裝置,測量和記錄充填體的應力,繪制應力曲線如圖7 所示。分析圖7 應力曲線可知:充填體內(nèi)部所承受的壓力隨著工作面間隔的增加而緩慢增加。壓力在作業(yè)面后方10m 處開始出現(xiàn)變化,推進至80m 時,壓力開始走向平穩(wěn),且內(nèi)部壓力≤4MPa??傊ぷ髅骓敯逶诨夭勺鳂I(yè)過程中慢慢下沉,而充填體受到擠壓壓縮增阻,對頂板起到很強的支撐作用,使頂板變形在可控范圍內(nèi),充填體始終保持良好的完整性和穩(wěn)定性,且可壓縮性和設計強度滿足使用要求。

        圖6 應力曲線

        在33088 工作面回采期間,臨時采取木垛、加密點柱等方式對支護情況進行強化,實現(xiàn)對巷道變形的有效控制。結合觀測的數(shù)據(jù)統(tǒng)計:回采期間,整條巷道的頂板最大下沉量為200mm,平均下沉量在90mm 左右。因此,采用膜袋加固、“超前單體+鉸接頂梁”支護、頂板錨索補強等措施可有效抵制采空區(qū)側向壓力的影響,控制留巷的變形。

        4 結語

        伯方煤礦在3#煤層開采過程中,根據(jù)實際情況開展留巷工藝的研究和應用,找出合適礦井地質(zhì)條件的沿空留巷工藝,從而助力礦井向高效益、更安全方向發(fā)展。

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