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煤矿工作面顺槽沿空留巷技术研究
2019-09-18
针对安全问题突出及煤炭资源回收率低等问题,以伯方煤矿为研究背景,提出了沿空 留巷技术,实现无煤柱开采;根据矿井实际情况,给出了切顶卸压和巷旁支护的相关技术参数,并且 对沿空留巷墙体抗滑稳定性进行了分析研究。研究表明,沿空留巷墙体的抗滑系数为5. 4,大于 1. 6,因此墙体满足抗滑稳定性要求。采煤工作面沿空留巷后,工作面通风由U 型通风改进为Y 型 通风,从根本上解决了回风顺槽上隅角瓦斯超限问题,改善了煤矿井下安全条件;工作面顺槽沿空 留巷后,相当于回采工作面少掘1 条顺槽,减少了顺槽巷道掘进过程中的安全隐患,解决了矿井生 产的采掘接续问题。沿空留巷技术是解决煤炭回收利用率低下的主要举措,同时...
Serial No. 604 August. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 604期 2019 年 8 月第 8 期 煤矿工作面顺槽沿空留巷技术研究 郝铭斐 山西源通煤矿工程设计有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 针对安全问题突出及煤炭资源回收率低等问题,以伯方煤矿为研究背景,提出了沿空 留巷技术,实现无煤柱开采;根据矿井实际情况,给出了切顶卸压和巷旁支护的相关技术参数,并且 对沿空留巷墙体抗滑稳定性进行了分析研究。 研究表明,沿空留巷墙体的抗滑系数为 5. 4,大于 1. 6,因此墙体满足抗滑稳定性要求。 采煤工作面沿空留巷后,工作面通风由 U 型通风改进为 Y 型 通风,从根本上解决了回风顺槽上隅角瓦斯超限问题,改善了煤矿井下安全条件;工作面顺槽沿空 留巷后,相当于回采工作面少掘 1 条顺槽,减少了顺槽巷道掘进过程中的安全隐患,解决了矿井生 产的采掘接续问题。 沿空留巷技术是解决煤炭回收利用率低下的主要举措,同时该技术也极大地 提高了煤矿安全生产水平。 关键词ꢀ 煤矿安全ꢀ 沿空留巷ꢀ 回采率ꢀ 墙体抗滑ꢀ 稳定性 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 08. 021 Study on Gob-side Entry Retaining Technology along Slot in Coal Mine Face Hao Mingfei ( Shanxi Yuantong Coal Mine Engineering Design Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ In view of the outstanding safety problems and the low recovery rate of coal resources, this paper takes Bofang Coal Mine as the research background,puts forward the gob-side retaining road- way technology,realizes coal pillar-free mining,according to the actual situation of the mine,gives the rel- evant technical parameters of roof-cutting pressure relief and roadside support,and advances the anti-slid- ing stability of the gob-side retaining roadway wall. The analysis shows that the anti-sliding coefficient of the wall retained along the goaf is 5. 4,which is greater than 1. 6. Therefore,the wall meets the require- ments of anti-sliding stability. The technology of Retaining Roadway along goaf in working face realizes Y- type ventilation,eliminates gas accumulation in upper corner of return air,improves mine safety condi- tions,reduces roadway driving rate,reduces empty roof operation,and reduces the probability of roof fall- ing and side slope falling. Gob-side entry retaining technology can effectively improve the recovery rate of coal resources and the level of coal mine safety production,and ensure the national energy strategic secur- ity. Keywordsꢀ Coal mine safety,Gob-side entry retaining,Recovery rate,Wall sliding resistance,Sta- bility ꢀ ꢀ 我国现阶段推行的综合机械化采煤方法,在采 国煤矿井下一般采用房柱式开采、普采、高档普采等 采煤方法,因采煤方法落后造成了煤炭资源的极大 煤工作面与开采条件较好的情形下,一般留设 25 m 宽的护巷煤柱,且上隅角瓦斯容易超限,造成极大的 浪费,据资料统计,几十年间这一数值达到了 280 亿 [ 1-3] [4-7] 资源浪费及安全生产隐患 。 在上个世纪后期,我 t,绝对量很高 。 针对煤矿生产中安全问题突出 及煤炭资源回收率低等问题,经过多年科学研究及 工程实践,沿空留巷可以实现无煤柱开采,把地下有 限的煤炭资源全部开采出来,提高资源回采率,延长 ꢀ ꢀ 郝铭斐(1977—),男,工程师,030000 山西省太原市。 6 3 总第 604 期 现代矿业 2019 年 8 月第 8 期 矿井服务年限;采煤工作面沿空留巷后,工作面通风 由 U 型通风改进为 Y 型通风,从根本上解决了回风 顺槽上隅角瓦斯超限问题,节约瓦斯治理费用,改善 了煤矿井下安全条件;工作面顺槽沿空留巷后,相当 于回采工作面少掘 1 条顺槽,减少了顺槽巷道掘进 过程中的安全隐患,解决了矿井生产的采掘接续问 面 Y 型通风。 1. 3ꢀ 切顶卸压护巷设计 在工作面超前来压区段(约 30 m),沿顺槽对煤 层顶板工作面一侧顶角布置炮孔,对工作面采取切 顶卸压措施,这样可以有效消除悬臂梁结构,从而使 得采空区顶板上方的载荷得到有效转移,降低其上 方的变形压力。 因此,从源头上改善了巷道受力环 境,沿空留巷悬顶见图 1,沿空留巷预裂爆破切顶卸 压效果见图 2。 [ 8] 题 。 因此,沿空留巷技术是解决煤炭回收利用率 低下的主要举措,同时该技术也极大地提高了煤矿 安全生产水平。 1 ꢀ 沿空留巷支护设计 1 . 1ꢀ 矿井概况 伯方煤矿始建于 1980 年 6 月,井田面积 27. 491 2 km ,为沁水煤田高平矿区王报井田的一部分, 6 1 982 年 3 月投产。 原设计能力为 30 万 t/ a,后经 4 次改扩建,2013 年矿井核定生产能力 210 万 t/ a。 矿井开拓方式为斜井—立井多井筒单一水平盘区开 拓,分别为主、副斜井、进风立井及回风立井。 井田 图 1ꢀ 沿空留巷悬顶 3 号煤位于山西组下部,平均厚 5. 31 m,结构简单到 复杂,全区可采,属稳定可采煤层。 3 号煤层直接顶 板主要为粉砂岩,次为砂质泥岩和中粒砂岩,其中, 粉砂岩和砂质泥岩抗压强度分别为 32. 2 MPa 和 3 1. 4 MPa,属较稳定顶板,砂岩抗压强度 65. 9 MPa, 属稳定性顶板。 炭质泥岩伪顶发育地段易随煤冒 落,断裂构造发育地段岩层连续性被破坏稳定性会 显著降低。 根据地质报告预测,矿井正常涌水量为 图 2ꢀ 预裂爆破切顶卸压效果 3 3 (1)布孔方式。 沿巷走向肩角布一排平行孔, 炮孔直径 ϕ=75 mm,炮孔倾角 β =75°,见图 3。 7 5 m / h,最大涌水量为 116. 67 m / h。 煤层直接底板主要为砂岩、粉砂岩和泥岩,厚 . 3 ~ 11. 47 m,平均 3. 68 m,其中,砂岩和粉砂岩抗 ( 2)装药结构。 炮孔总长度 14 m,其中装药长 1 度 8 m,封孔长度 6 m。 装第一卷引药前,先把两根 导爆索提前塞入药卷内,并用胶带缠好制成起爆药 卷,再用炮棍把此药卷送入到炮孔最里端。 导爆索 伸入药卷的长度不得低于 200 mm,然后用 ϕ30 mm 压强度分别为 51. 50 MPa 和 65. 90 MPa,属稳定性 底板,泥岩抗压强度 21. 6 MPa,以较稳定性底板为 主。 由于炭质泥岩伪底发育,遇水后易变软,稳定性 会显著降低。 × 1 000 mm 套接炮棍把引药药卷放到眼底,后逐次 1 . 2ꢀ 巷道布置 综合煤层赋存条件、矿井采掘衔接和现实需求, 装入剩余药卷,药卷合计长度达到设计炮孔距离后, 再用炮棍把准备好的炮泥装入炮孔,装实但不得过 紧。 黄泥要充填密实,但封堵炮泥时不得损伤导爆 索。 在工作面轨道顺槽进行沿空留巷,顺槽断面规格:掘 2 宽 5. 4 m,掘高 3. 2 m,毛断面面积 S =17. 28 m 。 沿 空保留的巷道作为相邻工作面的回风顺槽,即工作 面轨道顺槽掘进时就考虑浇墙因素,并且按照沿空 留巷要求进行巷道基本支护设计。 为了形成可靠的 两进一回 Y 型通风系统,需将下一相邻工作面的切 眼和回风顺槽提前掘出,并与现工作面切眼贯通。 在回采过程中,皮带顺槽为主进风巷,轨道顺槽为辅 助进风巷,回风流通过留巷进入下一相邻工作面切 眼和回风顺槽,然后进入采区回风巷,最终实现工作 炮眼采用不耦合方式装药,采用双雷管、双导爆 索引爆,水泡泥消焰,每一根导爆索均采用煤矿许用 # 8 雷管起爆(或同段位延期雷管),2 个雷管在孔外 采用并联连接,每一组炮孔采用串联连接。 (3)爆破网络与起爆方式。 采用煤矿许用毫秒 电雷管串联起爆,试炮时不采用延时爆破,单次最多 起爆 5 个炮孔,总延时不超过 130 ms。 6 4 ꢀ ꢀ 郝铭斐:煤矿工作面顺槽沿空留巷技术研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 8 月第 8 期 . 4ꢀ 巷旁支护设计 1 ( 1) 墙体基础设计。超前工作面 30 m以外紧 图 3ꢀ 超前预裂爆破布孔参数 贴回采侧煤帮在底煤上掏槽作为基槽,首先在基槽 内打锚杆作为植筋,然后在基槽内浇筑 C40 混凝土 作为柔模混凝土墙体基础。 基槽尺寸:深度 1 500 mm,宽度 1 600 mm。 植筋规格:ϕ22 mm×2 400 mm 左旋无 纵 筋 螺 纹 钢 锚 杆, 植 筋 间 排 距 1 000 mm 150 mm×12 mm,拱高度不低于 36 mm,托盘承载能 力大于 23 t。 基础结构横截面见图 4。 × 1 000 mm,植筋外露基槽底部 600 mm,植筋伸入 基槽底部 1 800 mm。 锚固方式:树脂锚固,采用 2 支树脂锚固剂,1 支规格为 MSK2335,1 支规格为 MSZ2360。 ( 2)巷旁支护参数。 据沿空巷道的后期用途, 以及轨道顺槽沿空留巷的施工要求,设计沿空留巷 断面尺寸:留巷宽度为 4 m,高度为 3. 1 m。 根据现 有科技成果及工程实践经验,确定巷旁支护体采用 三维纺织结构混凝土支护系统,模板采用矿用柔性 模板,外形与支护体相同。 混凝土采用矿用高性能 混凝土,强度等级为 C40,墙体厚度 1 400 mm,墙体 高度与巷道高度一致。 锚杆采用 ϕ22 mm 左旋无纵 筋螺纹钢筋锚杆,间排距 800 mm×750 mm,杆体长 度 1 600 mm。 托盘:采用拱形高强度托盘配合球形 垫和减阻尼龙垫圈使用,托盘尺寸不低于 150 mm× 6 5 总第 604 期 现代矿业 2019 年 8 月第 8 期 图 4ꢀ 沿空留巷支护横断面(单位:mm) 2 ꢀ 沿空留巷墙体抗滑稳定性分析 采空区顶板岩石垮落后,会在柔模混凝土墙体 的侧边形成堆积,对柔模混凝土墙体造成侧压力,因 此,需验算柔模混凝土墙的抗滑稳定性验算。 矸石 的侧压力计算如下:(下转第 64 页) 6 6
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