沿空留巷技术在伯方煤矿中的应用研究.pdf

322020 年第 5 期 收稿日期 2019-11-05 作者简介 王建强（1981-），男，山西高平人，助理工程师，现 任山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司综掘一队队长。 沿空留巷技术在伯方煤矿中的应用研究 王建强 秦 超 （山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西 晋城 048000） 摘 要 为实现伯方煤矿无煤柱开采，采用巷道充填系统，采用膜袋加固、“ 超前单体 铰接顶梁”、顶板锚索补强等 加强支护，抵制采空区侧向支承压力影响，控制留巷的变形。根据留巷效果分析回采期间，巷道的顶板最大下沉量为 200mm，留巷顶板变形处在可控范围内。 关键词 沿空留巷 充填 工艺 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.012 Research on the Application of the Technique Along the Empty Roadway in Bofang Coal Mine Wang Jian-qiang Qin Chao （Shanxi Orchid Technology Venture Co., Ltd., Bofang Coal Mine Branch, Shanxi Jincheng 048000） Abstract In order to realize the pillar free mining in Bofang Coal Mine, the roadway filling system is adopted, and the membrane bag reinforcement, “leading monomer hinged roof beam“, roof anchor cable reinforcement are adopted to strengthen the support, resist the influence of the side support pressure in the goaf, and control the deation of the remained roadway. According to the analysis of retaining effect during the mining period, the maximum subsidence of the roadway roof is 200 mm, and the deation of the retaining roadway roof is within the controllable range. Key words gob side entry retaining filling technology 伯方煤矿在 3煤层 3308 工作面回采完成后， 拟在3307工作面、 3309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 3308 工作面两顺槽加强支护，保证采空区侧 向支承压力影响下巷道围岩变形在可控范围，为后 期小煤柱开采时的合理煤柱尺寸留设以及 3307、 3309 工作面顺利回采创造安全条件。 1 工作面概况 3308 工作面是三盘区第一个沿空留巷工作面， 煤层赋存条件较好，倾角在 1 7之间，煤层平 均厚度为 5.41m。工作面倾向长度是 210m，走向长 度 1900m。基本顶为平均厚度 16.65m 的由碎屑、 石英、白云母组成的粗砂岩，紧密结实；直接底为 平均厚度 3m 的细砂岩；基本底为平均厚度 2.7m 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。 图 1 巷道布置示意图 2 沿空留巷工艺技术 通过分析工作面覆岩关键块的稳定性可知在 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，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，使其具备满足要求的可靠性。除此 332020 年第 5 期 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，具体实施方 法如下 （1） 膜袋加固。 在不断推移的回采作业过程中， 上部覆岩下沉就会产生向下的压力，这个压力逐渐 施加在巷旁充填体，并且基本顶会发生破断回转， 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，需要制定能够 增强充填体稳定性和强度的合理的方案措施将螺 纹钢对拉钢筋于充填作业前布置到充填膜袋内，钢 筋在充填液体凝固了以后就需施加侧向约束力，从 而提升充填体的稳定性和强度。拉钢筋布设如图 3 所示。 图 2 对拉钢筋布设示意图 （2）“超前单体 铰接顶梁”支护。实施“单 体液压支柱 铰接顶梁”的支护方案，在超前作业 面 20m 区域范围内布置以加强支护。采用 1.2m 长 的铰接顶梁，使超前支撑压力对留巷产生的影响最 大限度的缩减，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 4 所示。 （3） 顶板锚索补强。 在留巷顶板再次打设锚索， 每一排新增 3 根锚索，采用 2m 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均采用直径22mm的锚索， 其长度分别为5.3m、 8.3m 和 8.3m。锚索布置示意图如图 5 所示。 图 3 “超前单体 铰接顶梁”支护布置图 图 4 锚索布置示意图 （4）针对在 3308 工作面回采后极容易出现顶 板垮落岩块现象，借助于废旧的 36U 型钢材质的柱 腿搭设于巷道上方，以此来防止顶板垮落岩块进入 巷道。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 6 所示。 图 5 36U 型钢柱腿示意图 3 实施效果分析 在充填体安置型号为 GPD30 应力感应装置，测 量和记录充填体的应力， 绘制应力曲线如图7所示。 分析图 7 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 10m 处开始出现变化，推进至 80m 时，压力 开始走向平稳，且内部压力≤ 4MPa。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 342020 年第 5 期 动作业强度，而且提高了顶板稳定性，软岩顶板下 沉、破碎现象得到有效控制，在后期掘进过程中未 出现顶板大面积破碎现象。 （2）1104 运输顺槽在掘进至 525m、711m 处 分别揭露了一条正断层 F2、F3，平均断层落差为 0.9m，平均倾角为 52。受构造应力影响，在断层 处顶板出现冒落现象，其中 F2 断层处冒落区冒落 高度为 1.2m，F3 断层处冒落区冒落高度为 1.5m。 通过对冒落区及时采取注浆、施工人工假顶、架棚 等加强支护后，加强了冒落区围岩稳定性，冒落范 挤压压缩增阻，对顶板起到很强的支撑作用，使顶 板变形在可控范围内，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。 图 6 应力曲线 在 33088 工作面回采期间，临时采取木垛、加 密点柱等方式对支护情况进行强化，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 200mm，平均下沉量 在 90mm 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 制采空区侧向压力的影响，控制留巷的变形。 4 结语 伯方煤矿在 3煤层开采过程中，根据实际情况 开展留巷工艺的研究和应用，找出合适矿井地质条 件的沿空留巷工艺，从而助力矿井向高效益、更安 全方向发展。 【参考书目】 ［1］ 李西凡，熊祖强，张耀辉，等 . 沿空留巷高水 充填材料改性试验及工程应用 [J/OL]. 重庆大学 学报1-12[2020-04-19]. detail/50.1044.N.20190927.1636.012.html. ［2］ 李卫伟 . 沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究 [J]. 能源技术与管理，2019，44（05）87-88. ［3］ 尘兴邦，丁锴，姜子琦，等 . 沿空留巷施工与支 护技术的应用研究现状 [J]. 世界有色金属，2019 （16）198201. ［4］ 崔贝贝 . 沿空留巷支架后置可自移式支护机构的 设计及应用 [J]. 机械工程与自动化，2019（05） 205-206. （上接第 29 页） 5 结论 为确保 3601 工作面能够安全顺利地通过空巷， 设计采用“打木垛和构建十字砌块墙”的方式加固 空巷，对局部冒顶严重的空巷采取砌墙注高水材料 充填的加固措施。实际过空巷期间，对液压支架的 工作阻力、回采巷道的变形量及煤壁片帮进行监测。 结果表明，所设计的加固措施很好地确保了工作面 安全顺利的推过空巷。 【参考文献】 ［1］ 焦佳 . 阳煤国阳一矿 15 号煤综放工作面过空巷 技术实践 [J]. 机械管理开发，2019，34（09） 221-223. ［2］ 毛希鹏 . 过空巷综采工作面顶板破坏机理分析及 充填技术研究 [J]. 煤矿现代化，2019（06） 136-138135. ［3］ 胡冰 . 高水率快凝材料在综采工作面过空巷的应 用[J].中国石油和化工标准与质量， 2019， 39 （16） 130-131. ［4］ 李海钢 . 综采工作面过空巷技术及管理措施研究 [J]. 当代化工研究，2019（08）155-156. （上接第 31 页） 围得到控制，保证了巷道安全快速掘进。 【参考书目】 ［1］ 宋继栋 . 软岩巷道支护技术研究与应用 [J]. 当代 化工研究，2019（14）81-82. ［2］ 张利子 . 软岩巷道支护技术研究与应用研究 [J]. 装备维修技术，2019（04）44. ［3］ 常永军 . 软岩巷道掘进支护的设计分析 [J]. 机械 管理开发，2019（09）33-34. ［4］ 折力兵 . 断层附近软岩巷道支护技术研究 [J]. 能 源与节能，2019（08）99-100. ［5］ 王猛 . 软岩巷道支护技术研究与应用 [J]. 内蒙古 煤炭经济，2019（02）135-136.