煤矿整体底座丛柱支护技术探究.pdf

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１５Ｊｕｌｙ２０２０现代矿业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１５期２０２０年７月第７期马国宏（１９７３），男，科长，工程师，０４５０００山西省阳泉北大西街５号。煤矿整体底座丛柱支护技术探究马国宏（山西阳泉煤业（集团）有限责任公司）摘要为解决阳煤集团一矿北丈八井８１２０２工作面的巷道鼓帮现象，在８１２０２工作面实施了整体底座丛柱支护的技术研究。在一矿８１２０２工作面回风巷进行了整体底座丛柱支护试验，并将该支护形式与单鞋支护进行了支护效果的比较。研究发现，与采用单鞋支护相比，丛柱支护减小了工人在机尾起底的工作量，使工作面的推进速度加快，临采空侧巷道矿压显现程度得到缓解，综放工作面临采空侧巷道治理难题得到解决，为巷道支护技术提供了实践依据。关键词丛柱支护采空侧回风巷技术研究ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４  ６０８２．２０２０．０７．０２９阳煤矿北丈八井临采空侧巷道矿压强烈，出现了顶板下沉、巷道鼓帮与巷道变形严重等现象，严重影响了一矿煤矿的安全生产。如何对综放工作面临采空侧巷道进行支护治理是当前亟待解决的大事。目前阳煤集团所属矿井一般采用单体柱穿鞋加 π型梁的支护形式进行顶板支护，为控制采空侧巷道的底鼓及顶板下沉等现象，集团公司生产技术部在一矿８１２０２工作面回风巷进行了整体底座丛柱支护试验，并对其与单鞋支护进行了比较。１工作面情况在北丈八井北面十二采区的西面是８１２０２工作面，采区回风大巷位于８１２０２工作面南面，８１２０３工作面（已采）位于８１２０２工作面东部，８１２０１工作面（未掘）在西面，程庄井田边界在北面，上部是北头咀井６＃煤层二采区采空区。６７１．５～７００．８ｍ是工作面标高的数值，煤炭埋藏深度为４６２～５７２ｍ，８１２０２工作面地面标高１１５０～１２５０ｍ，该工作面是十二采区第二个工作面，８１２０２工作面长度是１４４６ｍ，倾斜度长是２３５．６ｍ。２工作面回风巷支护措施２．１掘进期间支护形式回风巷是临采空侧巷道，与采空区煤柱宽度是１７ｍ，采取全锚索支护形式，工作面矩形断面，毛高是３．０ｍ，净高是２．９ｍ，毛宽是４．２ｍ，净宽４．０ｍ。荒断面面积１２．６ｍ２，净断面面积１１．６ｍ２。巷道顶板使用波纹钢带加直径１７．８ｍｍ７２００ｍｍ锚索加金属网联合支护形式。顶板每排采用规格是ＢＨＢ  ７６０  ２２０  ４  ４１００的６眼波纹钢带，使用规格为５ｍ１ｍ的一片金属网；在钢带眼全部采用直径２１．６ｍｍ７２０ｍｍ锚索，锚索间距７６０ｍｍ，排距７００ｍｍ。两帮使用  １５．２４ｍｍ５２００ｍｍ锚索加１ｍ１４＃槽钢加金属网联合支护形式。第一排钢绞线和水平成４５角，第二排水平布置斜向上锚入顶板。２．２回采期间支护措施回风采取超前支护，在原有锚索锚网支护的基础上，用超前３００ｍ支护。顺巷安装“ π ” 型钢梁（规格４．４ｍ），凭借两帮距帮０．３ｍ分别支护走向交叉的双抬棚，梁头交错距是２．２ｍ，规格３．６ｍ的“ 工” 字钢梁，在“ π ” 型梁上方横穿每根“ π ” 型梁上均匀安装４根“ 工” 字钢梁，１．３ｍ排距， “ 工” 字梁和“ π ” 型梁交叉点设置单体柱；增加２趟“ π ” 型梁在超前１００ｍ范围内，２．２ｍ交错距，安装一梁四柱穿鞋支护。支护形式随着工作面的向外推进，根据作业规程支护要求随回随支。３巷道矿压显现在掘进与回采期间临采空侧回风巷出现变形严重、顶板下沉与巷道鼓帮现象，其中底鼓显现最突出。回风巷巷道进行掘进时，部分地段由于采空区侧向支承压力显现很强，呈现出不同程度的底鼓、顶板下沉和巷道鼓帮等现象，最严重的地段底鼓可达０．８ｍ之多，造成皮带、轨道底板变形明显，严重影响了正常运料和煤炭产量。回采期间８１２０２工作面回风巷超前３０ｍ的范围内，巷道最大鼓帮量可达１．５ｍ之多，顶底板最大移近量达到２ｍ，距切巷３０～１５０ｍ范围内巷道高度降低到１．６～１．９ｍ。投入较大的人力、物力，仍然无法控制巷道的变形，在回风超前１０～２０ｍ范围端头处９９产生了严重的收缩变形，造成三角煤管理困难。目前采取超前煤壁与注马丽散对煤体进行加固，为确保巷道高度，采取超前人工起底开帮。４试验整体底座丛柱支护的技术措施丛柱底座主要技术参数铁鞋直径为  ８００ｍｍ，每个铁鞋可支设７根单体柱。（１）在距工作面１００ｍ的范围之内采取单排布置丛柱支护方式，底座整体中心线必须与巷道的中心线保持高度一致。每组丛柱净间距设定在１．６ｍ内，选择４．４ｍ的“ π ” 型梁作为单体柱的支设托梁。巷道两帮按原来的支护设计进行支护，原有中间的两趟支护变为整体底座结合ＤＷ２８  ３５０／１１０Ｘ型悬浮液压支柱、 “ π ” 型梁３趟支护，把梁头交错距设定在２．２ｍ的范围内（图１）。图１单排丛柱支护布置（单位ｍｍ）（２）在距工作面１００～２００ｍ范围内丛柱布置方式采用三花布置，每组丛柱距帮０．２ｍ。净间距为１ｍ，单体柱支设托梁为４．４ｍ “ π ” 型梁，梁头交错距２．２ｍ。三花丛柱未能支设区域按原有设计支设（图２）。图２三花丛柱支护布置（单位ｍｍ）５试验效果观测５．１单排丛柱支护情况巷道高度处于２．０～２．５ｍ时，支设效果良好，支柱达到额定的最大初撑力；当巷道高度达不到１．８ｍ时，最小仅是１．７ｍ支柱行程，致使支设后行程更小，支护效果较差。工作面超前３０ｍ范围巷道矿压显现强烈，支设丛柱时巷道低的地方，丛柱基本都被压的没有行程，丛柱鞋钻底１０～１５ｃｍ， “ π ” 型梁被推向煤帮，３０～７０ｍ丛柱部分单体柱出现卸压、卸载现象，支柱可伸缩量变小，７０～１００ｍ基本无变化。通过近几个月对丛柱观测，工作面推进至回采进度号５５号时，超前３０ｍ范围内的丛柱已不能有效控制顶底板的移近量，巷道高度保持在１．３～１．５ｍ，无法保证有效的通风断面，影响了工作面的正常生产。５．２三花丛柱支护情况该段丛柱随着工作面的推进，顶板来压明显，底板底鼓严重，造成丛柱梁向两帮倾倒，丛柱基本失去支护效果，工作面推进至７４号时，超前３０ｍ范围内的丛柱倾倒严重，不能有效控制顶底板的移近量，巷道高度保持在１．２～１．４ｍ，对巷道变形的控制不如单排丛柱支护。从回采进度号８２号往外支护方式改回为单排丛柱支护。５．３试验情况分析在矿压观测实际中发现，一部分丛柱的支护能力００１总第６１５期现代矿业２０２０年７月第７期书书书明显减弱，检测确定原因是因为单体柱三用阀损坏卸液自降，影响了支护效果，致使试验效果不理想。单排丛柱支护方式，不能有效控制顶底板移近量；三花丛柱的支护方式，由于巷道中间底板底鼓严重，导致丛柱倾斜，柱梁推向巷道两帮，大大减弱了支护效果。加强丛柱的支柱质量检测和确保支护设计质量，完成支护后，要及时更换坏柱和进行补液，确保整体整体丛柱的支护强度。６与原单鞋支护效果比较６．１优点（１）丛柱底座增大，增强了单体柱在单位面积内的支撑强度，在一定程度上减少了原有单鞋单柱发生钻底的严重现象。（２）丛柱的整体支护，与原有支护方式对比，有效避免了巷道底鼓与巷道顶板来压时破坏巷道的情况减轻明显，巷道收缩变形情况得到有效缓解。（３）和原有的单鞋支护对比，丛柱对顶、底板的影响效果明显，工人开帮起底的劳动强度明显降低。６．２缺点（１）丛柱中的部分单体柱出现卸液自降现象，容易造成载荷不均匀的现象，致使底座发生倾斜，单体柱也会因此发生倾斜，从而发生“ π ” 型梁推倒的现象。（２）丛柱拆除困难，倘若被压死，使回收难度增大，支柱没有行程；底座质量很重给人工搬运带来困难。（３）丛柱支护相比较单鞋支护，在支护效果上已经有了一定程度的提高，但仍然不能满足生产的需要。总之，当前，试验使用的整体底座丛柱增加了底板支护面积，使钻底量减少５００～６００ｍｍ，和原有支护方式相较，有效抑制了２６０～４００ｍｍ巷道底鼓量，减小了工人在机尾起底的工作量，加快了工作面的推进速度，进一步缓减了临采空侧巷道矿压显现程度。在巷道高度和宽度适宜的回采工作面可以推广使用。参考文献［１］贾明魁，贾立安，刘银志．高应力破碎带大断面巷道支护技术研究［Ｊ］．矿冶工程，２００３（５）１２  １４．［２］杨运峰．高应力破碎带大断面巷道支护技术［Ｊ］．煤炭工程，２００６（５）１８  ２０．［３］林远东．动压采空区下底板岩体变形破坏规律研究与应用［Ｄ］．淮南安徽理工大学，２０１０．［４］许岩．动压巷道围岩破坏机理及其控制研究［Ｄ］．西安西安科技大学，２００９．［５］王达三．综放工作面临采空侧回风巷丛柱鞋支护技术的应用［Ｊ］．机械管理开发，２０１７（１２）４７  ４８，５５．（收稿日期２０２０  ０３  １２櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄）（上接第９８页）选，精矿进入后续流程，尾矿经新建振动筛进行脱水后运输至堆场。尾矿可作为建筑石料、免烧砖骨料对外销售，或进入井下充填利用。前期通过试验研究，采用２０．０９％铁品位的原矿，对分别破碎至０～５ｍｍ、０～１０ｍｍ、０～２５ｍｍ３种粒级进行干式磁选试验。试验结果表明，破碎至０～１０ｍｍ的矿石抛后铁品位提高的幅度相对最高，最高可提升３．５５个百分点，抛尾铁品位为８．０２％，效果相对较明显。通过可行性研究，项目的实施可将年原矿处理量由４６２万ｔ提升到６２７万ｔ。其中干式预选抛废技术，处理能力为１６５万ｔ／ａ，可得到１３２万ｔ抛选后的精矿；ＭＺＳ８８４８半自磨湿式预选抛废技术，将干式抛选精矿进入到三选厂铁系列进行处理，处理能力从６００ｔ／ｈ（４６２万ｔ／ａ）提高到６５０ｔ／ｈ（５０２万ｔ／ａ）。同时项目的实施，可以减少尾砂排放１２５万ｔ，节约了尾矿处理成本，减少了尾矿库容及土地的占用。通过项目实施，优化境界内开采矿石入选平均品位将提高２个百分点，选比降低０．２个点。经测算，项目在扭转露天项目亏损的基础上，可产生一定的利润，以此可推进项目的组织实施。４结语综合以上所述，在铁矿市场急骤波动，加之熔岩矿含铁品位低、利用价值低，企业生产经营艰难的条件下，为能够及时回收利用受井下崩落影响的浅部熔岩露天矿，需要以露天境界优化、生产组织方案优化、低贫熔岩矿石预抛废等方案作为技术突破口进行经济合理利用，以推进持续生产。同时需要在生产组织过程中注重跟踪落实，以达到预期的效果。参考文献［１］范有才，徐万寿．大红山铁矿坑露联合同步开采优化［Ｊ］．现代矿业，２０１６（４）１１  １４．［２］候鹏，马力．基于动态经济分析的露天境界优化研究［Ｊ］．露天采矿技术，２０１４（１）２２  ２４．［３］王述清，杨晓静．基于Ｓｕｒｐａｃ不同算法的露天矿境界优化研究［Ｊ］．中国矿业，２０１２（８）３７０  ３７３．［４］蒋权，陈建宏，杨海洋．基于ＤＩＭＩＮＥ软件的露天矿境界优化研究［Ｊ］．金属矿山，２０１０（９）１３  １７．［５］柳波，陈广平．基于３ＤＭｉｎｅ的露天矿开采境界的优化［Ｊ］．化工矿物与加工，２０１１（３）２８  ３１．（收稿日期２０２０  ０５  ０８）１０１马国宏煤矿整体底座丛柱支护技术探究２０２０年７月第７期