厚煤层大采高工作面无煤柱开采技术的应用研究.pdf

当代化工研究 Modem Chemical Research96 技术应用与研究 2020 15 厚煤层大采高工作面无煤柱开采技术的 应用研究 *张才浩 大同煤矿集团有限责任公司煤峪口矿山西037041 摘耍为了有效提高某煤矿厚煤层大采高工作面的煤矿开采工作效率，采用了无煤柱开采工作技术，通过具体餉实验室实验分析和工业 性实验结果之间进行结合，对大采高工作面无煤柱开釆技术展开了全面分析和研究，依照柔模混凝土力学性能以及相关的实验工作，结果 得出柔模混凝土的强度，高于普通混凝土餉施工强度，使得无煤柱开采作业得到实现，整体的矿井生产经济效益更加明显. 关键词厚煤层；大采高工作面；无煤柱；开釆技术 中图分类号T 文献标识码A Study on the Application of Pillar Free Mining Technology in Large Mining Height Face of Thick Coal Seam Zh a n g Ca ih a o Meiyuko u Min e, Da t o n g Co a l Min e Gr o up Co ., Lt d ., Sh a n xi, 037041 Abstract z In order to effectively improve the mining efficiency in large mining height working face of thick coal seam, the coal pillar free mining technology is adopted. Through the combination of specific laboratory experimental analysis and industrial experimental results, the coal pillar free mining technology of large mining height working face is comprehensively analyzed and studied. According to the mechanical properties offlexible concrete and related experimental work, the results show that the strength offlexible concrete is higher than the construction strength of ordinary concrete, so that the coal pillar free mining operation is realized, and the overall economic benefit of mine production is more obvious. Key words thick coal seam ； ； large mining height working face ； ； coal pillar free ； ； mining technology 在我国比较常见的煤矿开采工作中，都需要预留煤柱来 达到支撑煤矿巷道的工作目标，但是这种传统的煤柱预留支 撑方法会损失大量的煤炭资源，造成煤炭资源的整体开发程 度不足。通过相关计算分析得出通过传统的预留煤柱的开采 工作方式，在煤炭资源的损失量上达到了 10〜30之间，并 且在下区段巷道的二次采动工作过程中，经常会出现维护结 构稳定性不足，支护施工成本较高以及瓦斯过度聚集等方面 问题。针对这一问题，相关煤矿开采工作单位有效提出了无 煤柱开采工作技术，作为一种新型的煤矿开采工作方式，可 以有效提高煤炭开采的工作效率，同时改善了巷道的维护施 工总量，有效降低了煤矿矿道掘进施工的复杂程度。 1 厚煤层大采高工作面无煤柱开采技术的研究现状 在最近几年的发展过程中，相关研究工作人员针对无煤 柱开采技术的研究工作方面，已经取得了突飞猛进的成果， 在沿空掘巷工作过程中，采用了理论和力学推导相结合的分 析方式，有效建立起了三角结构力学分析模型，并且对于基 础顶三角模型结构在煤矿巷道掘进工作中不同阶段的稳定性 参数进行了准确的计算和分析，同时还建立起了沿空掘巷 工作中上覆岩体条件的力学结构模型，对煤矿巷道的整体结 构稳定性进行了详细的计算和分析，从中发现沿空掘巷围岩 结构产生的基本变化规律。在沿空留巷的分析工作过程中， 相关研究工作人员对于不同的围岩结构条件以及基础承载能 力进行了准确的判断和分析，并且通过整体性浇筑填充体的 变形支护方法，有效提出了充填体形变和支护强度的理论计 算方式，对厚煤层的无煤柱开采技术进行了深入研究和探 索，有效提出了大采工作面范围内，内填充原位沿空留巷施 工技术的相关应用要点 2.案例分析 针对某煤矿开采工程展开了分析和研究，该煤矿开采 工作面的纵向总长度为589. 78m,倾斜段的总长度为225m。 开采工作面的下游区域是其中的重点开发工作面，将下游区 段的工作面标号设定为4305。当前该开采工作并还没有正式 进行掘进开挖工作，需要对工作面的采煤层厚度进行事先确 认，相关工作人员需要通过实地勘察的方法，将煤层的分布 厚度大小进行确认，通过使用先进的测量仪器设备，出该开 采工作面煤层的厚度范围在4. 5〜5. 5米之间，平均厚度大小 为4. 7m。煤层的整体倾斜度大小为15。,煤层的顶部区域岩 层条件构成特点，如图1所示。 04303开采工作面在进风 巷的设计工作中，需要沿着3 煤层的顶板位置以中心线，作 为掘进设计标准来开展后续的 开采工作，开采工作面的横向 方向采取的是大采高一次开釆 工艺技术，整体的开采工作高 度为5.0m。III4303开采工作面 在原有的设计工作中，预留煤 柱的实际宽度大小为25m,整 个开采工作面煤炭资源的损失 量超过了20万t,并且3煤层 是瓦斯聚集状况比较严重的煤 柱状图 图1 III4303X作面顶底板 岩层特征图 层结构，在整个掘进工作过程中，影响到了巷道决定工作的 当代化工研究 Modem Chemical Remearch972020 ・ 15 技术应用与研究 整体速度和安全性。因此，相关工程开采工作单位决定使用 无煤柱开采技术，对该开采工作面进行后续的开采工作，有 效提高煤炭开采的效率和总量，同时要保证整个开采工作的 安全性⑵。 3.柔模混凝土力学性能试验 依照我国自密实混凝土的相关设计工作标准，与普通混 凝土的配比工作标准之间进行有效融合，对本次的配合设计 工作方案加以确定。在设计工作中需要对材料的水灰比实质 的体积含量以及外加剂的使用量大小来进行有效的控制。设 计工作中C30混凝土配比实验标准需要进行准确的实验和计 算，要有效保证混凝土配置强度以及确定水灰比参数。 1对混凝土砂浆当中砂体的体积含量、水灰比大 小、粗骨料的生产程度等各个方面因素来进行分析，同时对 混凝土的流动性影响进行有效的监测。在具体的工作过程 中，需要对混凝土材料的水灰比大小进行严格的计算和控 制，通过计算分析之后，将水灰比设定为0.5,砂浆材料的 体积含量为0. 5,粗骨料的生产体积为0. 6。在实验的初期阶 段需要对粉煤灰的材料使用量进行准确计算，粉煤灰的使用 量直接影响到了混凝土材料后续的施工强度以及稳定性。混 凝土外加剂的使用量需要控制在材料总量的0. 2,清楚材料 的具体配比参数如表1所示 表1实验的配合比 名称水泥/炖水/kg砂/kg石子/kg外加剂/kg lm啲含量45020080010000.9 2在混凝土材料的抗压强度测定工作当中，相关测 定工作人员使用的是150X 150X 150mm的立方体结构，固件 进行实验和分析同一组别当中，总共设置出了3个不同的实 验试件，并且通过循环式的对比方法来进行后续的实验和分 析。模具使用的是普通钢结构模板，另一种使用的是柔性模 板，并且将其定义为实验对照组。 在钢丝膜内部放置柔模，然后在外部的钢丝膜当中通过 打孔的方法，有效保证钢丝膜的透水性，同时不会和柔模之 间形成粘连。在标准组的设定工作中，需要将检测实验物块 分别进行l d、3d、5d、7d和28d的抗压强度实验，试块在每 一个实验期限下分别需要进行三组对照实验，对于对照组当 中4块需要分别养护8小时12小时，并且需要经过1、3、5、7 和28天的抗压强度实验。将普通的混凝土材料和柔模混凝土 材料，分别在各个不同的养护时间条件下进行抗压强度实验 分析，并且对所得到的对比数据进行分析和处理，绘制成相 应的曲线图来进行分析，具体如图2所示。 图2混凝土抗压强度曲线 依照实验最终得出的结果，对混凝土的强度大小随时 间的增长曲线来进行分析，通过图2当中的曲线变化和对 应的数据参数分析可以看出，混凝土材料在1〜5天范围内 强度的增长速率较快，如果混凝土在5天范围内强度达到了 21. 3MPa „普通混凝土材料与柔膜混凝土材料，在性质方面 也存在一定的差异性。混凝土材料施工完成之后，需要做好 周期性的养护工作，经过28天周期的混凝土养护处理之后， 对混凝土材料的等级进行测定，分别为32. 6MPa和3 3MPa , 可以看出对照组的混凝土结构强度超过了标准组的混凝土强 度，由此可以看出柔模混凝土的强度相比于普通的混凝土强 度更大。通过这一实验分析可以得出溶膜混凝土材料自身具 有良好的透水效果，并且可以有效保证混凝土材料当中的多 余水分不会快速流失，并且柔模具有较强的透水性能效果， 在混凝土浇筑施工完成之后初步凝固的强度更高，同时在整 个密实程度上也有诸多优势，因此柔模混凝土的强度远远超 过普通混凝土的施工强度⑷。 4.无煤柱开采支护方案 ⑴夭煤柱开采技术 在HI4303工作面回采工作中，针对无煤柱开采技术进 行了支护方案设计和分析，在超前HI4303开采工作面当中， 需要做好煤矿巷道的支护工作以及底部的支撑作业，将开采 巷道的宽度扩张到2. 5m,同时体积深度大小提高到1.5m。在 4303的劲风巷道和煤柱一侧，浇筑1. 5m宽度的柔磨混凝土连 续墙，等到IH4303工作面回采工作完成之后需要沿着顶板顺 势下落，等到整个采空区域范围内的覆盖层完全脱落之后， 需要在采空区域的边缘位置设置出柔模混凝土连续强支护结 构，以此可以有效实现III4303开采工作面罩无煤柱开釆工 作。 ⑵III4303工作面进风巷基本支护 在针对HI4303工作面进风巷的断面设计工作中，断 面结构设计为矩形，矩形尺寸大小为5.0mX4. 0m,使用锚 杆锚索和波纹钢网联合支护等方法，钢带眼之间的排距大 小为960mmX 1000mm,顶部锚所结构采取的是2X2的设计 方法。煤矿巷道的顶部锚杆之间的间距尺寸大小设定为 800mmX800mm,其中煤柱边缘区域的巷道底板设定为2. Om, 在支护锚索和顶板结构上保持相同，某所向上倾角大小为 15 ,依照2. 7m的间距来进行设置⑷。 5结束语 现阶段，我国国内外对于厚煤层大釆高工作面，无煤 柱开采工作技术的研究层次还需要进一步提升，本文依照我 国某地区煤矿开采工作单位某开采工作面的具体开采工作情 况，以实验室实验以及理论分析相结合的研究方法，对厚煤 层大采高工作面的无煤柱开采技术进行了一系列分析和应 用，为我国煤矿产业的后续发展提供出必要的工作借鉴。 【参考文献】 [1] 谢益蠱.厚煤层大采高工作面无煤柱开采技术研究及应用 [J].煤炭工程，2020, 52 03 7-12. [2] 何东升.复合顶板中厚煤层切顶卸压留巷无煤柱开采技术 [J].煤炭科学技术,2018,46 09 126-132. [3] 马资敏.深部中厚煤层切顶留巷围岩变形规律与控制研究 [J].煤炭科学技术,2018,46 02 112-118242. [4] 迟宝锁.大采高工作面切顶留巷支护参数优化研究[J].煤 炭科学技术, 2017, 45 08 128-133. 【作者简介】 张才浩 1989-,男，大同煤矿集团有限责任公司煤峪口 矿；研究方向采矿工程.