古城煤矿长综放无煤柱工作面过空巷方案研究.pdf
收稿日期2020 03 30 作者简介李 鹏1984 - ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ工程师ꎬ从事生产技术工作ꎮ doi10. 3969/ j. issn. 1005 -2798. 2020. 08. 002 古城煤矿长综放无煤柱工作面过空巷方案研究 李 鹏1ꎬ康志鹏2 1. 潞安集团 古城煤矿ꎬ山西 长治 046100ꎻ2. 中国矿业大学ꎬ江苏 徐州 221008 摘 要针对古城煤矿 N1305 工作面在回采过程中因回收留设煤柱而出现工作面液压支架不接顶造成大 面积空顶的问题ꎬ给出了工作面过空巷的几种方案ꎬ通过对比不同过空巷方案的优缺点ꎬ选择了适合古城 煤矿 N1305 工作面的最佳方案ꎬ顺利实现了工作面的安全回采ꎮ 关键词无煤柱ꎻ空巷ꎻ长工作面ꎻ方案设计 中图分类号TD822. 3 文献标识码A 文章编号1005 2798202008 0005 03 Study on Gob - passing Scheme of Longwall Top - coal Caving Face without Coal Pillar in Gucheng Coal Mine LI Peng1ꎬKANG Zhi peng2 1. Gucheng Coal Mine of Luan Mining GroupꎬChangzhi 046100ꎬChinaꎻ 2. China University of Mining and TechnologyꎬXuzhou 221008ꎬChina AbstractIn view of the problem of large area goaf caused by non - joint roof of hydraulic support in N1305 working face of Gucheng Coal Mine in the process of recovering and retaining coal pillarsꎬthis paper puts forward several schemes for goaf passing through the working faceꎬby comparing the advantages and disadvantages of different gob - passing schemesꎬthe best scheme suitable for N1305 face of Gucheng Coal Mine is selectedꎬand the safe mining of face is realized successfully. Key wordsno coal pillarꎻgobꎻlong working faceꎻscheme design 为了提高煤炭采出率ꎬ减少资源损失ꎬ煤矿往往 进行无煤柱开采ꎬ但是沿采空区进行留巷时ꎬ沿空巷 道围岩稳定性控制是一个难题ꎮ 综放工作面开采强 度大ꎬ采 动 影 响 强 烈ꎬ 严 重 影 响 工 作 面 正 常 回 采[1 -5]ꎮ 而且留巷巷道断面较大ꎬ其围岩稳定机理需 要进一步研究认识ꎬ尤其是综放沿空留巷顶煤稳定性 和综放沿空留巷大变形控制机理及技术ꎮ 复杂条件下 长综放无煤柱工作面安全回采已成为当前矿井亟待解 决的技术难题[6 -10]ꎮ 本文以潞安矿区古城煤矿 N1305 工作面为研究背景ꎬ结合古城矿地质条件以及现有的 设备ꎬ给出了工作面过空巷的不同方案ꎬ分析了不同方 案的优缺点ꎬ以探寻 N1305 工作面过空巷的最优方案ꎮ 1 工程概况 N1305 工作面地面标高为 + 915 + 936 mꎬ埋 深 503. 8 581. 4 mꎬ开采对象为山西组中下部 3 号 煤层ꎬ煤层赋存稳定ꎬ平均厚 6. 32 mꎬ煤层倾角为 6ꎬ属于近水平煤层ꎬ且无较大地质异常及陷落柱ꎬ 煤层顶板相对稳定ꎮ 工作面可采长度为 2 175 mꎬ切 眼长度为 357 mꎮ N1305 工作面采用“三进一回”偏“Y”型通风方 式ꎬ即 N1303 沿空留巷、N1305 辅助运输巷、N1305 胶带运输巷三条巷道为进风巷ꎬN1306 回风巷为回 风巷ꎮ N1303 工作面沿空留巷全长 2 305 mꎬ与 N1305 辅助运输巷之间净煤柱为 50 mꎮ N1305 工作 面在回采期间要通过 N1305 辅助运输巷以及过 N1303 沿空留巷与 N1305 辅助运输巷之间的联络 巷ꎬ为了回收两巷之间的 50 m 煤柱ꎬ故工作面回采 期间要过空巷回采ꎮ N1305 工作面布置如图1 所示ꎮ 2 空巷支护情况及回采过空巷存在的问题 2. 1 空巷支护情况 2. 1. 1 N1303 沿空留巷支护情况 巷道净宽 4 mꎬ净高3. 6 mꎬ净断面14. 4 m2ꎮ 顶 5 试试验验研研究究 总第 252 期 图 1 N1305 工作面布置 板全断面包括柔膜墙体每排 6 根锚杆ꎬ间排距 900 mm 900 mmꎬ两肩角锚杆与垂线成 20外斜布 置ꎬ距巷帮为 500 mmꎬ其余锚杆全部垂直顶板布置ꎻ 锚索间排距 1 600 mm 900 mmꎬ每排布置 3 根ꎬ中 间一根垂直打设ꎬ其余两根与垂线成 20外斜布置ꎮ 煤帮 一 侧 布 置 4 根 锚 杆ꎬ 间 排 距 1 000 mm 900 mmꎬ其 中 帮 上 部 锚 杆 上 斜 10 布 置ꎬ 距 顶 200 mmꎬ帮下部锚杆下斜 10布置ꎬ距底 400 mmꎬ柔 膜帮 一 侧 墙 体 内 布 置 4 根 对 拉 锚 杆ꎬ 间 排 距 900 mm 900 mmꎬ锚杆全部水平布置ꎮ N1303 沿空留巷支护情况如图 2 所示ꎮ 图 2 N1303 沿空留巷巷道支护mm 2. 1. 2 联络巷支护情况 N1303 沿空留巷与 N1305 辅助运输巷之间的联 络巷为矩形巷道ꎬ宽 高 =4. 0 m 3. 6 mꎬ联络巷长 度为两巷煤柱之间的长度 50 mꎮ 顶板每排 5 根锚 杆ꎬ间排距 900 mm 900 mmꎬ锚杆全部垂直顶板布 置ꎻ锚索为“3 - 1 - 3”布置ꎬ间排距为 1 600 mm 900 mmꎬ均垂直顶板打设ꎮ 帮部每排 4 根锚杆ꎬ间 排距1 000 mm 900 mmꎬ均垂直帮部打设ꎮ 联络巷 支护情况如图 3 所示ꎮ 6 2020 年 8 月 李 鹏等古城煤矿长综放无煤柱工作面过空巷方案研究 第 29 卷第 8 期 图 3 联络巷支护示意mm 2. 2 工作面回采过空巷存在的问题 由于受到采动影响以及工作面矿压显现的影 响ꎬN1305 辅助运输巷存在超前垮冒的安全隐患ꎬ联 络巷也存在片帮ꎬ底鼓等现象ꎮ 另外ꎬ由于两种类型 的空巷均为沿顶掘进ꎬ工作面回采至空巷还存在液 压支架不接顶ꎬ顶板大面积悬空的问题ꎮ 3 工作面过空巷方案设计 3. 1 空巷超前支护方案 工作面回采过程中虽然顶板会出现一定程度的 下沉ꎬ但依然会出现支架无法接顶的现象ꎬ为确保工 作面正常回采ꎬ对空巷进行了超前支护控制顶板ꎮ 根据 N1305 工作面矿压显现特点以及巷道围岩条 件ꎬN1305 辅助运输巷采取的超前支护方式为一梁 三柱 π 型梁棚ꎬ排距 500 mmꎮ 联络巷采用顶板加 密锚索的方式进行加固ꎬ由原来的 3 -1 -3 布置ꎬ改 为 3 - 3 - 3 布置ꎬ排距 900 mmꎮ 超前支护距离为 70 100 mꎬ超前支护长度在 100 150 mꎮ 3. 2 工作面过空巷支架接顶方案 3. 2. 1 直接推过方案 回采时ꎬ工作面沿煤层底板回采ꎬ位于此处的液 压支架上方与空巷内顶板不接顶ꎬ预计有 2. 0 m 的 空顶ꎮ 1 对于 N1305 辅助运输巷ꎬ由于巷道宽度较 小ꎬ回采时只有 3 架支架无法接顶ꎬ现场移架时以 20 架支架为一组进行移架ꎬ通过支架前溜把这 3 架 空顶的支架移到要求位置ꎮ 并且由于采煤后顶板塌 陷ꎬ可以借助垮冒的顶板进行接顶ꎬ直接推过ꎬ或者 将液压支架的逼帮板搭接到超前架棚的钢梁上进行 护顶ꎮ 2 对于联络巷ꎬ长度为 50 mꎬ这样就会有大 面积空顶现象存在ꎮ 采用该方案的优点是回采推过 工艺简单ꎬ不增加额外工作量和成本ꎬ且不会造成煤 柱丢失ꎮ 但是该方案有三个缺点ꎬ一是安全性较低ꎬ 容易出现冒顶现象ꎬ并且高顶区有可能有瓦斯积聚ꎻ 二是工作面机尾液压架大范围不接顶ꎬ无法提供液 压支架的移动以及刮板输送机的移动的支撑力ꎻ三 是 N1305 辅助运输巷存在超前垮塌的问题ꎮ 3. 2. 2 联络巷内充填高水材料方案 高水材料是一种能在高水灰比条件W/ C = 1. 3∶ 1 3∶ 1下快速凝结的特种水泥ꎬ在体积比 水占 90%ꎬ20 30 min 内凝结ꎬ100% 固化ꎬ最终强 度达到 8 12 MPaꎮ 在回采至联络巷前 50 mꎬ在联络巷两侧设置挡 浆装置ꎬ用双液注浆泵将搅拌好的甲、乙料泵送至联 络巷内ꎬ依靠混合浆液良好的流动性ꎬ自流充满联络 巷空间ꎮ 回采至联络巷时ꎬ机组直接截割充填料ꎬ支 架直接接顶ꎮ 该方法的优点是高水充填体强度与 3 号煤层强 度相近ꎬ充填后ꎬ回采过程中与实体煤柱基本无差别ꎬ 不会造成煤柱丢煤ꎬ安全性高ꎬ支架接顶好ꎮ 缺点是 增加一套充填设备ꎬ材料成本较高ꎬ增加额外工程量ꎮ 3. 2. 3 联络巷内搭设木垛方案 N1305 工作面回采时ꎬ需要通过沿煤层顶板掘 进的联络巷ꎬ其中联络巷断面为 4 m 3. 6 m宽 高ꎮ 回采时ꎬ由于工作面沿煤层底板回采ꎬ所以在 回采至联络巷时ꎬ部分液压支架架上方与横贯内顶 板不接顶ꎮ 为此采取搭设木垛的措施ꎮ 1 在回采至联络巷前一定距离ꎬ在联络巷内 打设吊挂锚索或锚杆ꎬ在锚索尾端链接铁链ꎬ在铁链 端部安装槽钢作为木垛托架ꎬ在托架上打设木垛与 联络巷顶板接顶ꎮ 支护设计如图 4、图 5 所示ꎮ 图 4 吊挂锚索配合铁链搭接木垛mm 下转第 10 页 7 2020 年 8 月 李 鹏等古城煤矿长综放无煤柱工作面过空巷方案研究 第 29 卷第 8 期 图 4 采空区散热带和氧化带宽度与注氮量的变化关系 由图3、图4 可以看出ꎬ随着注氮量的增加ꎬ采空 区内氧气浓度明显减小ꎬ窒息带的覆盖范围逐渐增 大ꎬ散热带的覆盖范围逐渐减小ꎬ进风侧氧化带的宽 度明显减小ꎬ工作面中部和回风侧氧化带的宽度出 现小幅度的增大ꎮ 注氮量由 10 m3/ min 增大至 20 m3/ min期间ꎬ注氮孔附近氧气浓度显著降低ꎬ散 热带范围明显减小ꎬ进风侧氧化带宽度明显减小ꎬ采 空区发生自燃发火的概率降低ꎻ注氮量由20 m3/ min 增大至25 m3/ minꎬ采空区氧气浓度分布云图无明显 变化ꎬ且散热带宽度明显增大ꎬ回风侧和工作面中部 氧化带宽度出现轻微增大ꎬ且进风侧氧化带宽度的 减小幅度明显减小ꎬ注氮效果比注氮量为20 m3/ min 条件下差ꎮ 综上可知ꎬ1226 工作面采空区最佳注氮 量为 20 m3/ minꎮ 4 结 语 根据曙光煤矿 1226 工作面具体的地质条件ꎬ理 论分析确定采空区注氮孔的合理位置ꎬ设计注氮孔 位于进风巷一侧ꎬ深入采空区 70 mꎬ与进风巷水平 距离为 20 mꎬ注氮孔距底板 2 mꎻ理论计算了采空区 合理注氮量为17. 6 m3/ minꎬ采用 Fluent 软件建立三 维模型ꎬ分析不同注氮量条件下采空区散热带和氧 化带的变化规律ꎬ综合考虑经济效益和惰化效率后 得出最佳的注氮量为 20 m3/ minꎮ 研究结果为 1226 工作面采空区注氮防灭火防治措施的制定提供可靠 依据ꎮ 参考文献 [1] 师吉林ꎬ赵 凯ꎬ赵 斌ꎬ等. 近直立煤层短壁综放工作 面采空区注氮流量与自燃“三带”分布关系[J]. 煤矿 安全ꎬ2019ꎬ503196 -199. 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[责任编辑路 方] 上接第 7 页 图 5 吊挂锚索木垛搭接示意 2 在回采至联络巷前一定距离ꎬ在联络巷内 打设多排帮部锚杆ꎬ在锚杆外露端套嵌钢管或通过 两端焊接螺母的连接件链接短锚杆ꎬ在钢管上安置 钢槽作为木垛托架ꎬ在托架上搭设木垛与联络巷顶 板接顶ꎮ 支护设计如图 6、图 7 所示ꎮ 回采时ꎬ工作面沿煤层底板回采ꎬ回采至联络巷 位置时ꎬ支架稍降前移至木垛下方ꎬ然后再升紧支架 通过木垛与联络巷顶板接顶ꎮ 4 工业性试验 结合古城煤矿现场地质条件以及现有设备ꎬ最 终选定在联络巷补打顶锚索ꎬN1305 辅助运输巷将 液压支架的逼帮板搭接到超前架棚的钢梁上进行护 顶ꎮ 在工作面回采过联络巷时采用搭设木垛接顶的 方法ꎬ回采至联络巷位置时ꎬ支架稍降前移至木垛下 方ꎬ然后再升紧支架通过木垛与联络巷顶板接顶ꎬ最 终安全顺利通过了空巷ꎬ实现了工作面安全回采ꎮ 图 6 帮部锚杆外接钢管搭设木垛mm 下转第 75 页 01 2020 年 8 月 马建鹏综采工作面采空区注氮防灭火技术模拟研究 第 29 卷第 8 期 后续生产任务ꎬ对企业平抑生产波动、持续健康发展 发挥着重要作用ꎮ 3. 2 构建煤矿大数据信息平台 打造“智能矿井”ꎬ 要充分利用“云”技术ꎬ构建 煤矿大数据信息化平台ꎬ为企业科学决策、加强管理 打实基础ꎮ 首先ꎬ要注重组织领导ꎬ安排专人负责信 息平台的日常管理和维护ꎻ其次ꎬ要不断优化顶层设 计见图 1ꎬ利用云计算技术实现对各类数据的全 面综合集成ꎬ加强多部门沟通及协同工作能力ꎬ充分 发挥大数据云平台的统一汇集、集中管理优势ꎮ 最 后一点ꎬ就是要通过大数据信息平台ꎬ做好预测预报 工作ꎮ 实时分析监测到的系列数据ꎬ尤其是一些比 较重要和敏感的数据ꎬ例如瓦斯浓度、温度、一氧化 碳浓度、矿山压力等ꎬ通过这些重要数据变化情况ꎬ 预测其发展趋势ꎬ最大限度地控制隐患和事故的发 生ꎮ 图 1 多系统数据采集流程 3. 3 加强管控ꎬ确保大数据安全 大数据技术的运用有利于煤矿更科学的进行管 理ꎬ实现防范事故隐患的目的ꎬ大幅提升煤矿生产的 安全性ꎮ 但是它也是一把双刃剑ꎬ缺乏管理的大数 据会引发更多更大的问题[4]ꎬ一旦发生信息泄露ꎬ 造成的后果不堪设想ꎮ 所以在建设和使用大数据信 息平台的过程中ꎬ必须首要做到信息安全、系统安 全ꎮ 要有强大的防火墙系统做技术支撑ꎬ强化对各 类异常行为的检测ꎬ抵御各种电子攻击ꎬ有效保障煤 矿信息的安全性ꎮ 4 结 语 综上所述ꎬ构建煤矿大数据信息管理平台ꎬ就是 要打破“信息孤岛”ꎬ 从源头抓安全ꎬ从本质抓安全ꎬ 真正有效地提升煤矿安全监管能力、综合调度能力 和科学决策能力ꎮ 推动煤矿实现大数据管理、工业 互联云技术在安全管理中的应用ꎬ对煤矿安全隐患 进行实时监测、及时反馈、高效处理ꎬ从而实现煤矿 安全闭环管理ꎮ 参考文献 [1] 黄玉治. 坚持“管理装备素质系统”并重大力推进煤矿 安全基础建设再创新水平[J]. 中国煤炭工业ꎬ2018 9 30 -35. 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[7] 杜科科. 千万吨综采工作面等压过空巷技术研究[D]. 青岛山东科技大学ꎬ2011.下转第 93 页 57 2020 年 8 月 梁 霞建立大数据信息化平台精准防范安全事故隐患 第 29 卷第 8 期 不易改变ꎬ这样的情况下提高能源利用效率成为节 能减排低碳发展的主要突破口ꎮ 图 1 各影响因素贡献率变动趋势 3 经济发展效应对碳排放量的影响是正向 的ꎬ同时在四因素中影响程度最大ꎮ 现阶段ꎬ高速的 经济增长以高能耗为驱动ꎬ为实现经济可持续发展ꎬ 山西煤炭产业应尽快由粗放型经济向集约型经济转 变ꎬ在注重经济增长速度的同时ꎬ努力提高经济增长 质量ꎮ 4 行业从业人数的贡献率呈现上下波动趋 势ꎬ但始终呈现出正值为拉动因素ꎮ 从对碳排放改 变量的影响程度上看ꎬ人口效应对碳排放改变量的 贡献小于经济发展效应对碳排放改变量的贡献ꎮ 3 结论与建议 3. 1 优化能源结构 考虑到山西以煤炭为主的能源资源禀赋的制 约ꎬ主要出路在于发展非化石能源ꎮ 煤企应大力调 整能源消费结构ꎬ积极推进资源综合利用ꎬ重视风、 光、水电等可再生能源项目ꎬ努力保持非化石能源比 重持续增长ꎬ降低煤炭在能源消费结构中的比重ꎮ 3. 2 提高能源利用效率 企业应加大对先进技术的倾斜性投资ꎬ推动能 源利用创新技术的研发ꎬ逐步淘汰高能耗的设备ꎬ改 进生产工艺ꎬ提高能源利用效率ꎬ同时可大力引进国 内外先进技术来提高能源的综合利用率ꎬ并对众多 的节能技术进行研究与分析ꎮ 3. 3 加强技术研发与创新投入 可重点从可再生能源技术、清洁煤技术等方面 入手ꎬ注重新技术研发ꎬ加快生产经营转型ꎬ提高新 型清洁能源产品的比重ꎮ 通过技术研发与创新ꎬ实 现经济增长方式由粗放型向集约型的转变ꎬ促进产 业转型升级的持续推进ꎮ 3. 4 调整人力资源结构 近些年煤炭市场萎缩ꎬ煤炭从业人数有所下降ꎬ 但仍存在从业人数冗余的现象ꎮ 山西煤企在落实低 碳发展过程中ꎬ应注意调控从业人员数量ꎬ使之与煤 炭资源需求量、技术发展水平等相适应ꎬ以缓解人员 冗余带来的碳排放增加问题ꎮ 参考文献 [1] 郭朝先. 中国碳排放因素分解基于 LMDI 分解技术 [J]. 中国人口资源与环境ꎬ2010ꎬ20124 -9. 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