留窄小煤柱沿空留巷在综采工作面的应用研究.pdf

引言 留设窄小煤柱沿空留巷技术可保障巷道长期处 于应力降低区域， 减少巷道的后期维修养护成本。 煤 矿采用沿空留巷技术不仅能够缓解采掘接替紧张的 情况，减少掘进的作业量，同时还可以提高回采效 率， 延长矿井的服务年限， 对于提高矿井生产安全性 和经济性具有重大意义。东曲矿目前回采 8 号煤层 28802 工作面， 为节约煤炭资源， 提高煤炭采出率， 延长 8 号煤层服务年限，在 28802 工作面回采完成 后， 拟在 28803 工作面采用小煤柱沿空留巷。 但由于 留小煤柱沿空掘巷，受临近采空区侧向支承压力影 响，巷道变形量大，维护困难，在回采阶段需对 28802 工作面两顺槽加强支护，保证采空区巷道围 岩变形侧向支承压力影响下在可控范围之内，为后 期小煤柱开采时的合理煤柱尺寸留设以及为 28803 工作面顺利回采创造安全条件。 1东曲矿 28803 综采工作面概况 东曲矿 28803 综采工作面地表位于麻坪岭村庄 东南,盖山厚度 190～340 m， 该工作面北西方向为 已形成的 28802 工作面，皮带顺槽外侧南东方向为 白家山断层， 切眼南西方向为八采边界回风巷， 北东 方向为大巷保护煤柱。28802 综采工作面所采 8 号 煤层结构简单， 8 号煤组厚度在 3.53～5.89 m 之间， 平均厚度为 4.65 m， 煤层平均倾角为 5。工作面倾 向长度为 320 m， 走向长度为 1 700 m， 8 号直接顶为 泥灰岩， 厚度约为 0.76 m， 普氏硬度为 7， 不易垮落； 基本顶为由碎屑、 石英、 白云母组成的粗砂岩， 平均 厚度为 9.6 m， 紧密结实； 直接底为平均厚度 3 m 的 细砂岩； 基本底为平均厚度 2.7 m 的泥岩， 上部有细 砂岩。以 “两进一回” 的布置形式沿煤层顶板掘进 3 条巷道， 巷道布置示意图如图 1 所示。 2东曲矿 28803 综采工作面沿空留巷充填系统的 设计分析 浆液的长距离输送是通过充填系统实现的。通 过对 28803 工作面情况分析，发现其周边并没有合 适的充填区域，且所掘的充填硐室并不能满足充填 作业要求， 经过分析， 在工作面前方 200 m 处布置充 填泵站， 在移动平板车上安置注浆泵， 并根据需要移 动方便注浆泵。 注浆泵配置 4 个搅拌桶， 搅拌桶内分 别注入 A、 B 两种不同的浆液， 可以通过采用交替供 液方式实现连续供给， 泵站布置图如图 2 所示。 充填作业点通过布置的 2 条管路与工作面连 通， 采用三通混合器混合浆液， 选用 DN40 型高压钢 留窄小煤柱沿空留巷在综采工作面的应用研究 牟平平 （西山煤电集团有限责任公司东曲矿， 山西太原030053） 摘要 为实现东曲矿 22802 综采工作面的无煤柱开采， 提高回采效率， 在对 28802 工作面地质条件充分分析 的基础上， 对巷道充填系统进行优化设计， 采取采用膜袋加固、“超前单体 铰接顶梁” 支护、 顶板锚索补强等 加强支护， 削弱采空区侧向支承压力的影响， 控制留巷的变形。 根据留巷效果分析可知充填体内部所承受的压 力在工作面后方 10 m 处出现变化， 推进至 80 m 时， 压力开始走向平稳， 回采期间， 巷道的顶板最大下沉量为 200 mm， 留巷顶板变形处在可控范围内， 巷道满足使用要求， 实现东曲矿的安全高效开采。 关键词 综采工作面沿空留巷小煤柱回采效率 中图分类号 TD822.3文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0164-03 收稿日期 2020-03-31 作者简介 牟平平 （1990） ， 女， 本科， 助理工程师， 毕业于太 原理工大学。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.070 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 图 1巷道布置示意图 （单位 mm） 图 2泵站布置图 运输顺槽 轨道顺槽 回风顺槽 3307 工作面 3308 工作面 1 905 220 220 吸浆管路 出浆管路 充填泵 搅拌桶 矿车矿车矿车 AABB 实践与应用 2020 年第 5 期 管通过焊接制作成 10 m 长的混合管道。 3东曲矿 28803 综采工作面沿空留巷技术的应用 分析 通过对工作面覆岩关键块的稳定性分析可知 在二次采动的影响下，由于块体断裂而产生的大结 构仍能保持稳定状态，因此直接顶和留巷顶煤的悬 臂结构是否能承载较大压力是影响综放作业面留巷 稳定性的关键因素。通过对顶板实施锚索补强加固 措施， 增强其自由端支撑， 保证悬臂结构在较大的承 载力下不出现弯曲，使其具备满足安全生产要求的 可靠性。 除此之外， 通过加强悬臂梁的固支端即开展 煤壁侧补强支护作业， 从而加强悬臂梁的承载性， 其 具体实施方法如下 在不断推移回采作业的过程中，上部覆岩下沉 会产生向下的压力，此压力逐渐施加在巷旁充填体 上， 并且基本顶会发生破断回转， 这时就会产生需要 巷旁充填体直接承载的侧向压力， 在双重压力下， 工 作面后方产生的支撑压力变得更高，严重影响充填 体的承载力和完整性。 为了克服这些问题， 需要制定 能够增强充填体稳定性和强度的合理方案 将螺纹 钢对拉钢筋于充填作业前布置到充填膜袋内，在充 填液体凝固之后就需施加侧向约束力，从而提升充 填体的稳定性和强度。 “单体液压支柱 铰接顶梁” 支护方案是在超前 作业面 20 m 区域范围内采用 1.2 m 长的铰接顶梁 布置加强支护。实施这种措施能够在回采作业中最 大限度地缩减超前支撑压力对留设巷道产生的影 响， 从而达到增强巷道安全性和稳定性的目的。 “超 前单体 铰接顶梁” 支护布置图如图 3 所示。 在留巷顶板再次打设锚索，每一排新增 3 根锚 索， 采用 2 m 的间距， 且与之前的锚索交错布置， 其 中 1、 2 和 3 锚索分别布置在作业面煤帮、充填体正 上方和距帮壁 1m 处;1、 2 和 3 锚索直径均为 22 mm， 长度分别为 5.3 m、 8.3 m 和 8.3 m。 针对在 28803 工作面回采后极容易出现顶板垮 落岩块进入巷道的情况， 将废旧的 36U 型钢材质柱 腿搭设于巷道上方， 同时， 将菱形网提前布设在液压 支架的上方， 并搭接在巷道顶板的铁丝网上， 起到挡 矸的作用。 36U 型钢柱腿示意图如图 4 所示， 可在巷 道煤壁侧进行钻孔， 防止岩石垮落。 4实施效果分析 为充填体安置型号为 GPD30 应力感应装置， 测 量和记录充填体受到随时间变化的应力，绘制应力 曲线， 如图 5 所示。 从分析图 5 应力曲线可知 充填体内部所承受 的压力随着工作面间隔的增加而缓慢增加，压力在 作业面后方 10 m 处开始出现变化， 推进至 80 m 时， 压力开始走向平稳， 且内部压力≤4 MPa。 总之， 工作 面顶板在回采作业过程中慢慢下沉，而充填体受到 挤压压缩增阻， 对顶板起到很强的支撑作用， 使顶板 的变形在可控范围内，充填体始终保持良好的完整 性和稳定性， 且可压缩性和设计强度满足使用要求。 在 28803 工作面回采期间， 临时采取木垛、 加密点柱 等方式对支护进行强化，实现对巷道变形的有效控 制。结合观测的数据统计回采期间， 整条巷道的顶 板最大下沉量为 200 mm，平均下沉量在 90 mm 左 右。因此， 采用膜袋加固、“超前单体 铰接顶梁” 支 护、顶板锚索补强等措施可有效抵制采空区侧向压 图 3 “超前单体 铰接顶梁” 支护布置图 图 436U 型钢柱腿示意图 （单位 mm） 图 5应力曲线图 单体柱 铰接顶梁 20 m 1 m 1 m 3308 轨道巷工作面 工作面超前 支承压力区 带 式 输 送 机 柱帽， 300 mm300 mm15 mm 钢板制作 拉板 卡缆 柱鞋， 300 mm300 mm15 mm 钢板制作 1 2 3 4 0 60402080 至工作面距离 /m 牟平平 留窄小煤柱沿空留巷在综采工作面的应用研究 165 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 力的影响， 控制留巷的变形。 5结语 东曲矿在 22803 综采工作面采用沿空留巷开采 工艺不仅能够使煤炭回采率得到最大限度的提升， 同时还能够保证井下的安全生产；解决受留巷影响 综采工作面推进速度慢和巷道受矿压影响破坏严重 等问题， 大幅提升矿井的服务周期， 实现矿井安全高 效开采。 参考文献 [1]贺敬平， 王文星， 刘磊.留窄小煤柱沿空留巷在综采工作面的成 功应用[J].山东煤炭科技， 2019， 224 （4） 59-60； 63. 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According to the analysis of the effect of retaining roadway, it can be seen that the pressure on the inner part of the filling body changes at 10 m behind the working face, and when the pressure is pushed to 80 m, the pressure begins to strike smoothly, and the maximum subsidence of the roof of the roadway during the mining period For 200 mm,, the roof deation of the retaining roadway is within the controllable range, and the roadway meets the requirements of use to realize the safe and efficient mining of Dongqu Mine. Key words fully mechanized mining face; along the roadway; small coal pillar; mining efficiency 的手段验证所设计支护参数的有效性，进而判断是 否需对支护参数进行优化。 参考文献 [1]白杰， 刘爱卿.复合顶板强烈动压巷道全锚索支护技术研究[J]. 煤炭技术， 2009， 37 （11） 30-32. [2]娄金福.动压巷道离层变形特征及支护技术研究[J].煤炭科学 技术， 2010 （4） 9-13. [3]郭相平， 张占涛.复合顶板动压巷道锚索失效机理及合理预应 力研究[J].煤炭工程， 2015， 47 （11） 48-51. [4]常聚才.深井复合顶板回采巷道支护技术研究[J].煤炭科学技 术， 1998 （6） 60-63. [5]张良海， 原明星.复合顶板巷道预应力锚杆锚索桁架支护技术 [J].煤炭科学技术， 2009 （11） 18-20. （编辑 赵婧） Research on Bolt Support Technology of Composite Roof Dynamic Pressure Roadway Shen Peng （Changcun Coal Mine of Luan Group, Changzhi Shanxi 046102） Abstract In view of the complex dynamic load characteristics of the composite roof dynamic pressure roadway and the complex roof rock feature, which leads to the difficulty of supporting and the poor supporting effect, the characteristics and deation mechanism of the composite roof dynamic pressure roadway are studied based on the analysis of the roof floor condition and coal seam condition in Changcun Coal Mine of Luan Group. The field monitoring shows that the supporting effect and quality of the designed support scheme meet the working requirements. Key words composite roof; anchor; anchor cable （上接第 163 页） 166