羊场湾煤矿大采高工作面通过施工巷道的可行性研究.pdf

第6卷 第1期西北煤炭2 0 0 8年3月 V O L. 6 N O . 1N o r t h w e s t C o a lM a r c h. 2 0 0 8 收稿日期2 0 0 7 - 1 0 - 1 5 1概述 羊场湾煤矿是神华宁煤集团生产能力达1 0 0 0万 t / a的大型主力生产矿井, 本矿井含煤地层为侏罗纪地 层, 井田内编号煤层共有十八层, 其中二、 十四、 十五煤 为主采煤层。煤层平均厚度分别为7 . 9 2 m、2 . 5 5 m和 2 . 3 6 m。一、 九、 十二煤为大部可采煤层, 其余均为局部 可采和不可采煤层;煤层倾角浅部一般为8 ～ 1 2 ; 深 部多在6 ～ 1 0 左右;矿井 6 0 0 m以上保存地质储量 9 1 1 . 7 9 M t。可采储量4 5 5 . 3 8 M t, 矿井可服务6 5 a, 原设 计整个矿井划分为两个水平, 分别为 1 0 5 8 m和 8 5 0 m 水平, 一水平采用三条斜井开拓方式; 二水平在井田 中部新开副立井后,形成主斜井副立井的混合开拓 方式。 2 0 0 5年底, 神华宁煤集团决定对本矿井实施安 全系统改造, 在集团公司、 羊场湾煤矿的大力支持 下,宁夏煤矿设计院经过仔细调研和认真分析后, 于2 0 0 6年底完成了 羊场湾煤矿安全系统改造初 步设计 , 其主要内容 一是将设在一号斜风井的架 空乘人器撤出, 解决矿井无专用回风井问题; 二是 将开拓巷道进行重新布局和优化, 即将原来中央开 拓位置移至 1 0 5 8 m以下 井田的北部边界, 从而 将工作面的走向推进长度由原来的2 k m左右延长 至4 k m以上; 三是根据矿井自身特点, 对原来传统 的辅助提升系统进行了优化, 即辅助运输系统由传 统的绞车接力提升变为无轨胶轮车运输。四是采用 国产大采高6 . 2 m 综采设备, 在节省投资的同时, 又加大了开采强度和效率。 当然随着安全系统改造和各系统优化后, 也随 之带来了一些问题, 比如 1 0 5 8 m以下矿井开拓系 统从井田中央位置移至井田北部后, 虽然工作面的 走向长度由原来的2 k m左右变为4 k m以上, 减少了 综采工作面搬家倒面的次数, 提高了效益等, 但由 于新增缓坡斜井、 大巷系统、 回采工作面上、 下顺槽 等井巷工程共计2 9 . 7 k m,致使现生产的1 1采区和 新投产的1 2采区存在较为严重的接续问题。在这 种情况下羊场湾煤矿决定从1 2采区中部 1 0 5 8 m 水平 掘出了1 2 0 2 0 1回风和运输顺槽的“ 临时施工 巷” 以下简称“ 临巷” 。该“ 临巷” 的形成, 可使井下 多出4 ～ 6个掘进工作面,从而可使1 2 0 2 0 1工作面 提前半年以上投产, 基本缓解了本矿接续紧张的局 面。接续问题虽已解决, 但随之带来1 2 0 2 0 1工作面 是直接通过本“ 临巷” , 还是留设一定距离的煤柱, 以本“ 临巷” 为新切眼对1 2 0 2 0 1工作面进行一次搬 家的两种选择; 两种方式各有利弊, 直接通过其优 点是工作面少一次搬家和安装并可节约资源, 但 存在不安全因素, 需采取必要的安全措施; 以“ 临 巷” 为切眼进行一次搬家, 正好与直接过巷的优缺 点相反,综合分析后认为在采取必要的安全措施 后, 可以直接通过。 2 1 1 0 2 0 1工作面“ 临时施工巷” 简介 该“ 临巷” 在安全改造期间的重要用途是增加井 下掘进面数量, 达到快速接续和早投产之目的, 后期 的作用可实现辅助运输距离的最短化, 并可做为一个 安全通道, 该“ 临巷” 基本位于1 2采区中央位置、 方位 3 1 3 左右, 长度5 4 7 m , 宽 4 . 8 m , 高 4 . 0 m, 矩形断面, 锚 喷网、 锚索联合支护, 其位置、 断面及支护参数分别见 图1和图2。 羊场湾煤矿大采高工作面通过施工巷道的可行性研究 杨勇 宁夏煤矿设计研究院有限责任公司, 宁夏银川7 5 0 0 2 1 摘要 通过对羊场湾煤矿1 2 0 2 0 1采煤工作面过“ 临时施工巷” 的可行性分析, 得出设计或施工以及 采煤工作面通过“ 临时施工巷” 应注意的事项及采取的必要措施。 关键词 大采高工作面通过施工巷道可行性分析 中图分类号T D 2 6 3文献标识码B 文章编号1 6 7 2 - 3 8 8 0 2 0 0 8 0 1 - 0 0 4 0 - 0 3 图1“ 临巷” 与周围巷道连接关系图 图2“ 临巷” 断面及支护参数图 3“ 临时施工巷” 顶底板岩性揭露与分析 根据 “ 羊场湾井田精查地质报告”及本矿井 1 1 0 2 0 1、1 1 0 2 0 2、1 1 0 2 0 4等上、下顺槽实际揭露二 层煤顶底板状况[ 2], 顶板基本由伪顶、 直接顶和老 顶组成伪顶为泥岩或炭质泥岩,厚度一般为 0 . 1 2 ～ 0 . 7 9 m; 直接顶基本以砂岩和砂质泥岩为主, 厚度一般在1 ～ 9 m,其单向抗压强度1 4 4 ～ 2 4 6 k g / c m 2 ; 老顶一般为砂岩, 厚度不详。底板以砂岩为 主,岩厚2 ～ 9 m,单向抗压硬度1 5 1 ～ 5 7 2 k g / c m 2。 因此综合分析后确定二煤顶板为易冒落～中等易 冒落顶板。 另据实际揭露, 二煤直接顶与老顶之间常夹1 ～ 2 层煤线,且2 ～ 8煤间为一含水层组,虽含水相对偏 弱,但也会对砂岩和砂质泥岩互层且含有煤线的直 接顶板有弱化作用,使直接顶易在水力和岩层应力 的双重作用下失稳,致使直接顶与老顶之间更易产 生离层, 加剧了直接顶冒落甚至大面积冒顶, 生产实 践也得以验证 1 1 0 2 0 1、1 1 0 2 0 2、1 1 0 2 0 4等上、下顺 槽 [2] 。 4一般采煤工作面通过“ 临时施工巷” 分析 “ 临巷 老巷 ” 和采煤工作面一般由以下四种关 系见图3。图3中‘1’ 是基本垂直于采煤工作面 切 眼 ; ‘2’ 是基本平行于采煤工作面 切眼 ; ‘ 3’ 和‘4’ 是和回风、 运输顺槽斜交; ‘1’ 和‘2’ 是较少遇到的情 况; ‘3’ 和‘4’ 则较多, 在‘3’ 和‘4 ’ 之中随着工作面的 推移,最后的小三角煤分别留在上回风顺槽和下运 输顺槽侧,由于运输顺槽的大型设备数量多、且集 中, 若将小三角煤留在运输顺槽侧, 正常维护和加强 支柱均困难。一旦发生冒顶, 将带来工作面维护极为 困难的不利局面; 相反小三角煤留在回风顺槽侧, 由 于上巷设备较少, 正常维护和加强支护均相对容易, 即便是发生冒顶, 相对于运输顺槽也易维护 起码刮 板输送机和皮带板输送机可以运转 。 图3“ 临巷 老巷 ” 和采煤工作面一般关系图 图4采煤工作面4个应力区域分布图 生产实践表明, 采煤工作面一般由原始应力区、 压力影响区、 压力呈现区和卸压区, 共4个应力区域 组成[ 1]见图 4。 根据图5,由L 1 5 ～ 2 0/ s i n α的关系可以看出, 受采动影响的“ 临巷 老巷 ” 的长度L与α的正弦成 反比, 即α越小, 受影响的巷道越长, 反之则越短。 图5临巷 老巷 ” 的长度L与α关系图 由于“ 临巷” 已经形成, 无法对它的方位、 角度等 参数进行重新调整,所以只能在工作面的变化或调 整方面想办法,以适应过巷的技术要求,按图1 , 由 L 1 5 ～ 2 0/ t a n α的关系可以看出, 受采动影响的“ 临 A 1 5 - 2 0 m C D B a A - 1 2 0 2 0 1回风顺槽B - 1 2 0 2 0 1运输顺槽 C - 1 2 0 2 0 1工作面D - 1 2 0 2 0 1辅助运输巷 1 . 2 . 3 - 1 2采区边界回风、 运输、 辅运大巷 4 . 1 2 0 2 0 1工作面临时施工位置 5 . 1 2 0 2 0 1工作面正常回采时与临时施工巷位置关系 6 . 1 2 0 2 0 1工作面调整后与临时施工巷较合理位置关系 第1期杨勇 羊场湾煤矿大采高工作面通过施工巷道的可行性研究4 1 7 1 0 ′ 2 8 ″ 5 A B C 2 0 0 ′ 0 ″ 6 D 4 1 2 3 玻璃钢锚杆 L 2 3 0 0 4 0 0 0 5 0 4 8 0 05 0 4 3 5 0 1 4 0 01 4 0 02 0 0 0 螺纹钢锚杆 6 3 5 0 锚索 “2 1,L 2 3 0 0“1 5 . 2 4,L 8 0 0 0 A B C4 2 31 abc d A -回风顺槽 B -运输顺槽 C -工作面 切眼 1 . 2 . 3 . 4 -临时施工巷位置 a -卸压区 采空区 b -压力显现区 工作面实体 煤向后的0 - 2 0 m c -压力影响力 工作面实体 煤向后约2 0 - 3 0 m d -原始应力区 工作面实体 煤向后3 0 m以远 A -回风顺槽 B -运输顺槽 C -工作面切眼 D -临时施工巷 巷 老巷 ” 的长度L与α的正切成反比, 即α越小, 受影响的巷道越长, 反之则越短。 5 1 2 0 2 0 1工作面通过“ 临巷” 可行性分析 根据羊场湾煤矿“ 临巷” 所揭露的顶底板岩性、 支护状况、 以前的冒顶情况[ 2] 、 “ 临巷” 与采煤工作面 的夹角关系、 以及一般采面通过“ 临巷 老巷 ” 的较 理想状况不难看出,羊场湾煤矿在不采取行之有效 措施的情况下直接通过“ 临巷” 是相当困难且存在较 为严重的安全隐患,若要实现较为安全的通过 “ 临 巷” , 应采取以下措施。 1 避免工作面大范围的直接通过临时巷道, 以免 出现大面积冒顶和切顶, 难以处理。即 根据受影响范 围的L 1 5 - 2 0 m/ t a n α,α最小宜为2 0 ,即羊场湾煤 矿1 2 0 2 0 1切眼与上、 下顺槽应成7 7 1 0 3 的夹角 或 采至距“ 临巷”1 0 0 m左右处, 磨采至以上角度 。 2 在超前压力影响之前将“ 临巷” 补强支护, 补 强支护参数要结合羊场湾煤矿以往1 1 0 2 0 1、1 1 0 2 0 2 等工作面顺槽的冒顶时的研究参数进行补强支护; 补 强支护后要确保直接顶不冒落 冒顶 ,老顶不断裂 可采用正常单体支柱丛柱木垛等 。 3 为确保过巷安全可靠性, 在通过“ 临巷” 期间, 采煤工作面的采高需提前降至4 . 5 m以下,便于工作 面通过“ 临巷” 时与其高度调整为一致。 4 “ 临巷” 的底板必须与正常采面的底板高度相 一致, 不能出现台阶, 造成不能及时移架, 而引发顶板 冒顶事故等隐患。 5 提前做好上巷的小三角煤柱超前支护和特种 支护。 6 提高采煤过巷速度, 使“ 临巷” 免受长时间的 超前压力作用, 从而提高过巷安全。 6结语 羊场湾煤矿是年产1 0 0 0万t的特大型高产高效 矿井, 由于采用单翼大走向4 k m以上 后退式回采方 式, 在今后的工作中, 可能仍存在用“ 临巷” 准备工作面 的情况, 为了做到既不耽误正常接续、 又能保障过巷安 全, 提出以下建议及结论供本矿及其它类似矿井借鉴。 1 无论是设计、 还是施工“ 临时巷道 将来工作 面要通过 ”一定要事先考虑到它和工作面的夹角, 一般不宜偏小, 宜在3 0 以上, 避免随意性带来的安 全隐患和不必要的麻烦。 2 工作面上、 下顺槽揭露“ 临巷” 的先后顺序不 同,其效果不同,因此在巷道布置时应采取图3中 “3” 的布置形式, 更有利于安全通过。 3 工作面是否安全通过“ 临巷” 除上述因素外, 最关键要解决“ 补强支护” , 确保直接顶不大面积冒 落, 同时要解决特种支护, 确保老顶不沿工作面平行 方向有较大范围断裂和切顶,并要特别注意过小三 角区域煤柱时的超前特种支护。 4 提高采煤过巷速度, 提前降低回采工作面高 度, 且与“ 临巷” 顶板高度基本一致及提前清理“ 临 巷” 底板, 使其与工作面底板相一致, 不出现台阶, 均 是安全通过“ 临巷” 必备的条件。 参考文献 [ 1 ]钱鸣高矿山压力及其控制[ M ] .北京.煤炭工业出版社. 1 9 9 1 . 3 [ 2 ]来兴平、 周光华等羊场湾煤矿大断面巷道冒顶现场综合调查与控 制分析[ J ]西北煤炭,2 0 0 63 [ 3 ]宁夏煤矿设计研究院 羊场湾煤矿安全系统改造重庆大学初步设 计 及相关的施工图[ R ] 作者简介杨勇1 9 6 6 - , 高级工程师,1 9 9 0年毕业于重 庆大学资源及环境工程系采矿专业,主要从事煤矿设计和研究工 作, 现任宁夏煤矿设计研究院有限责任公司副院长、 总工程师。 4 2西北煤炭第1期 责任编辑 杨惠民 F e a s i b i l i t yS t u d yo f L a r g e Wo r k i n gI n t e r f a c e A c r o s s i n gC o n s t r u c t i o nT u n n e l o f Y a n g c h a n g w a nMi n e Y a n g Y o n g N i n g x i a C o a l M i n e D e s i g nR e s e a r c hL i m i t e dL i a b i l i t y C o m p a n y,7 5 0 0 2 1Y i n c h u a nN i n g x i a