回坡底煤礦窄煤柱沿空掘巷的實踐

李同榮,楊 峰,肖同強

(霍州煤電集團昶元煤業有限公司)(中國礦業大學)

回坡底煤礦窄煤柱沿空掘巷的實踐

李同榮①,楊 峰,肖同強

(霍州煤電集團昶元煤業有限公司)(中國礦業大學)

針對回坡底煤礦回采巷道煤柱尺寸大,資源浪費嚴重問題,開展了留7 m窄煤柱沿空掘巷的實踐。結果表明,窄煤柱沿空掘巷采用錨梁網索支護技術,實現了巷道圍巖穩定,能夠滿足安全生產的需要。窄煤柱沿空掘巷在高強度錨梁網索支護技術下具有較大的推廣應用價值。

窄煤柱;沿空掘巷;高強度支護;礦壓觀測;支護效果;效益

長期以來,霍州煤電集團公司各煤礦在布置工作面時采用留設大煤柱的方法維護巷道,煤柱寬度一般為30 m,造成了大量的煤炭資源損失。為提高煤炭資源的回收率,探索小煤柱條件下的巷道變形破壞特征和支護方法,回坡底煤礦在11-103工作面運輸巷開展了窄煤柱沿空掘巷的嘗試。

回坡底礦11-103工作面一側為已采動穩定的11-109工作面采空區,11-103工作面運輸巷即為沿11-109工作面采空區布置的窄煤柱沿空巷道。

11-103工作面開采11#煤層,埋深為340～400 m,煤層平均厚度2.8 m,傾角3°～5°。直接頂為泥巖(局部相變為粉砂巖),平均厚度3 m,中間夾有一層0.2～0.3 m厚的煤線;基本頂為粉砂巖,平均厚度4 m,灰黑色。直接底為石英砂巖(局部相變為砂質泥巖),硅質膠結,平均厚度5 m。

1 沿空巷道窄煤柱寬度的選擇

隨著錨桿支護技術的推廣應用,傳統采掘體系中為回采工作面留設大煤柱的做法正在越來越多的被小煤柱沿空掘巷所取代[1]。為找到合適的沿空掘巷位置,確定合理的小煤柱寬度,應首先明了采空區邊緣上下傾斜方向煤層上覆各巖層物理力學狀態及煤層上方的支承壓力分布狀況。根據礦壓理論,采煤工作面在側向方向的上覆巖層(垮落帶及斷裂帶的巖層)狀態及支承壓力分布見圖1[2-3]。

沿空掘巷可選擇在如圖1所示的4個位置送巷。由圖1煤體上方的支承壓力分布曲線可以看出,在位置3送巷正處于支承壓力高峰區,該處的垂直壓力幾倍于上覆巖層壓力(煤層至地表),巷道不易維護;在位置4送巷為傳統的布置方式,雖然避開了壓力高峰區,會比較容易維護,但留設的煤柱較大,造成了煤炭資源的浪費。在位置1和位置2送巷時,巷道處于低應力區,容易維護。由于在位置1送巷(無煤柱沿空掘巷)存在巷道通風、瓦斯治理等不利因素,因此,合適的沿空掘巷位置是位置2,即小煤柱沿空掘巷。但是如果護巷煤柱過窄會使煤柱側的幫錨桿支打在破碎煤體中,使錨桿錨固端失去著力點,導致支護失效反而不利于巷道的維護,因而要根據煤的物理力學性質,所選的煤柱寬度應使煤柱中存在一定的彈性區域,利于巷道的維護。

圖1 沿空巷道的位置及支承壓力分布示意圖

綜合考慮沿空巷道的頂底板條件、同一煤層工作面的礦壓顯現情況以及采空區瓦斯、水防治等問題,確定11-103工作面機巷煤柱尺寸為7 m。

2 沿空巷道的支護方式及參數

合理的煤柱尺寸和巷道支護方式是保證巷道穩定性的重要前提。窄煤柱沿空巷道圍巖受臨近工作面的動壓影響,還要經受本工作面的采動影響,支護方式的選擇對其穩定性尤為重要。錨桿支護能夠實現主動支護,而且支護強度較大,能夠適應大變形巷道的圍巖變形。隨著錨桿支護技術的應用,錨桿支護技術已經在諸多復雜困難支護巷道得到了成功的應用[1]。為保證沿空巷道的支護效果,并考慮對巷道圍巖加強支護,決定在11-103工作面機巷采用高強度錨梁網索聯合支護。巷道支護斷面見圖2。

圖2 沿空巷道支護斷面示意圖

1)頂板支護形式及參數。頂板采用高強錨桿支護系統和雙排組合錨索加強支護。頂錨桿布置5根d20 mm×2 000 mm高強度左旋螺紋鋼錨桿,采用樹脂藥卷加長錨固,配合金屬經緯網和鋼筋梯子梁支護,錨桿間排距800 mm×800 mm。采用組合錨索加強支護頂板,錨索為“二·二”布置,間距為2 m,排距為4 m。錨索采用d15.24 mm鋼鉸線,根據11#煤層頂板巖性及巷道跨度,錨索長度6.5 m,保證錨索錨入老頂長度不小于2 m,組合錨索梁采用14#槽鋼制作,長度2.4 m。

2)兩幫支護形式及參數。兩幫均采用d20 mm ×2 000 mm高強度左旋螺紋鋼錨桿,采用樹脂藥卷加長錨固,配合金屬經緯網和鋼筋梯子梁支護,煤壁側布置3根,窄煤柱側布置4根,確保小煤柱的穩定。

3 礦壓觀測結果及支護效果分析

為掌握11-103機巷的維護狀況,保證支護的安全性,了解7 m條件下的沿空巷道的礦壓顯現情況,對11-103機巷的表面位移、頂板離層、錨桿錨固力等內容進行了觀測。礦壓觀測結果如下:掘進期間,巷道兩幫移近量最大值為610 mm,其中左右兩幫移近量分別為260 mm和350 mm,沿空側煤幫移近量大于另一幫移近量;頂底板最大移近量為560 mm,其中頂板最大下沉量為210 mm,最大底臌量為350 mm。掘進期間頂板最大離層值為11 mm,其中錨固區內最大離層值為6 mm,錨固區外最大離層值為5 mm。

回采期間,兩幫移近量最大值為1 090 mm,其中左右兩幫移近量分別為450 mm和640 mm,沿空側煤幫移近量大于另一幫移近量;頂底板最大移近量為900 mm,其中頂板最大下沉量為360 mm,最大底臌量為540 mm,為滿足安全生產需要,進行了起底。回采期間頂板最大離層值為26 mm,其中錨固區內最大離層值為11 mm,錨固區外最大離層值為15 mm。

同時,對11-103機巷的錨桿的液壓枕進行監測,發現頂板及兩幫錨桿的托錨力均達到了80 kN以上,錨桿的托錨力最大值為130 kN。

由上可知,11-103機巷在掘進、回采期間,圍巖變形量較大,圍巖松動圈較大,巷道的底鼓量較大,但高強度錨網梁索支護狀況良好,巷道的變形、破壞處于適當的范圍內。通過加強超前支護并對巷道進行起底后,能夠滿足工作面安全生產的需要。

4 結 論

1)窄煤柱沿空掘巷有利于降低圍巖應力,改善巷道維護條件,提高煤炭資源的回收率,11-103工作面機巷煤柱尺寸由原來的30 m改為7 m后,延米多回收煤炭60余噸。

2)合理的巷道支護方式是保證窄煤柱沿空掘巷圍巖穩定性的重要前提。高強度錨桿支護配合錨索補強可以實現主動支護,支護強度較大,實踐證明,其對窄煤柱沿空巷道的支護具有較好的效果。

3)回坡底煤礦的沿空巷道采用留設7 m窄煤柱的方式布置,圍巖變形量較大,圍巖松動圈較大,但錨網梁索的支護效果較好,巷道的變形、破壞處于適當的范圍內;根據11-103工作面機巷的變形破壞情況,下一步應進一步優化煤柱尺寸,以達到更好的技術及經濟效果。

[1] 侯朝炯,郭勵生,勾攀峰,等.煤巷錨桿支護[M].徐州:中國礦業大學出版社,1999:186-191.

[2] 宋振騏.實用礦山壓力控制[M].徐州:中國礦業大學出版社,1988:207-211.

[2] 樊克恭,翟德元.巷道圍巖弱結構破壞失穩分析與非勻稱控制機理[M].北京:煤炭工業出版社,2004:167-171.

Experience of Roadway Driving along Gob in Huipodi Colliery

Li Tong-rong,Yang Feng,Xiao Tong-qiang

According to the practice and the coal waste of wide supporting pillar remained for mining roadways,experience of roadway driving along gob was practiced in Huipodi colliery.The results indicates that roadway driving along gob which supported by 7 meters narrow pillar and high-strength bolt-beammat reinforcement-anchor rope technique,can maintain stabilization and satisfy the need of safe production, and has large value of generalization and application.

Narrow pillar;Roadway driving along gob;High-strength support;Mine pressure observation;Support effect;Benefit

book=2,ebook=49

TD353.6

B

1672-0652(2010)01-0028-03

2010-01-16

李同榮 男 1965年出生 1986年業于大同煤校 工程師 鄉寧 042100