新型無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)的研究應(yīng)用

苗 杰

（冀中能源張礦集團(tuán)康保礦業(yè)公司，河北 康保 076650）

新型無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)的研究應(yīng)用

苗 杰

（冀中能源張礦集團(tuán)康保礦業(yè)公司，河北 康保 076650）

無(wú)煤柱開(kāi)采是一項(xiàng)先進(jìn)的開(kāi)采技術(shù)，它有利于提高煤炭回收率，同時(shí)也可以消除或減少因煤柱引起的災(zāi)害。長(zhǎng)期以來(lái)，為減少巷道掘進(jìn)及回采期間的動(dòng)壓影響，在工作面設(shè)計(jì)煤柱時(shí)一般按20m留設(shè)，從而造成大量的煤炭資源浪費(fèi)。為此各單位都在積極利用無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)，所采用的方法有粉煤灰充填技術(shù)、化學(xué)材料充填等技術(shù)。根據(jù)礦井地質(zhì)條件，該單位采取了錨索梁、密集及單體支柱作為沿空留巷的支護(hù)方式，并取得了成功。留巷期間為了防止向采空區(qū)露風(fēng)，采用水泥袋裝入黃土砌墻的方法進(jìn)行封堵；采用頂板離層指示儀與十字布置法觀測(cè)巷道頂板、底板和兩幫的相對(duì)移近量，提供巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為沿空留巷提供科學(xué)依據(jù)。

新型無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)；投入成本低；效益明顯；在中小型企業(yè)應(yīng)用前景廣闊

1 概況

1.1 礦井概況

康保礦業(yè)公司張紀(jì)井1998年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a。受成煤環(huán)境影響該地區(qū)為貧煤區(qū)，資源緊缺。該井31503采面下順槽位于+900m水平北翼一采區(qū)，長(zhǎng)度為432m、煤層平均厚度為4.0m，煤層平均傾角15°，屬傾斜煤層。

1.2 頂板

根據(jù)31503采面下順槽掘進(jìn)巷道的揭露情況，巷道的直接頂為灰黑色的砂質(zhì)泥巖，紛砂狀及泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，半堅(jiān)硬斷口層次狀，含植物化石，厚度為4.2m。無(wú)偽頂存在。

1.3 礦壓資料

據(jù)相鄰工作面礦壓觀測(cè)資料，預(yù)計(jì)該工作面老頂周期來(lái)壓步距為10m～16m，來(lái)壓強(qiáng)度為1.2～1.35Mpa。

1.4 煤的自燃

煤層屬二類自然發(fā)火煤，有自燃傾向性。

1.5 水文地質(zhì)

該巷道煤系直接充水含水層為煤系砂巖、礫巖孔隙裂隙含水層，且富水性較弱，因此對(duì)留巷無(wú)直接威脅。

2 巷道規(guī)格

31503采面下順槽的凈斷面規(guī)格為凈寬×凈高=4.0m×2.6m，采用錨梁網(wǎng)支護(hù)；為保證沿空留巷后的斷面能夠滿足31505采面的通風(fēng)、行人、運(yùn)輸?shù)劝踩a(chǎn)需要，同時(shí)預(yù)留出巷道變形的基本要求，因此沿空留巷的斷面尺寸定為凈寬×凈高=3.0m×2.5m。

3 沿空留巷的支護(hù)材料及規(guī)格

1）密集木點(diǎn)柱：小頭直經(jīng)不小于200mm的優(yōu)質(zhì)松木。

2）槽鋼梁：規(guī)格為2000mm×12#。

3）單體支柱：規(guī)格為DW—28和DW—35。

4）錨索：規(guī)格為φ15.24×8000mm。

5）其他：土袋、頂板離層指示儀，長(zhǎng)度為1.5m的2吋水管。

4 沿空留巷的目的

31503下順槽沿空留巷的目的是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采、增加資源回收、降低生產(chǎn)成本、提高掘進(jìn)效率、縮短工作面銜接周期；同時(shí)滿足31505采面的行人、運(yùn)料及通風(fēng)等安全生產(chǎn)需要。

5 沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)

5.1 支護(hù)工藝

沿空留巷施工工藝分為三部分：留巷前期巷道頂板錨索梁加固、密集切頂留巷、單體支柱加強(qiáng)支護(hù)及留巷后期維護(hù)。

5.2 支護(hù)方式

采用錨索梁、密集及單體支柱作為沿空留巷的支護(hù)方式，其中密集的主要作用是切頂及擋矸，單體支柱的作用是能夠控制沿空留巷的動(dòng)壓變形。錨索梁加固是沿空留巷后期主要支護(hù)作用，形成并保持懸臂梁的穩(wěn)定。

5.2.1 錨索梁支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)礦壓觀測(cè)資料，估算頂板離層高度，確定錨索長(zhǎng)度、強(qiáng)度等參數(shù)。

沿空留巷在原巷道支護(hù)的基礎(chǔ)上補(bǔ)打兩排錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，確保工作面回采后巷道頂板的完整性，形成懸壁梁，并將分離巖塊按懸壁梁吊在老頂之上。因此錨索支護(hù)主要按懸吊理論計(jì)算，并要求錨索的錨固端進(jìn)入老頂不少于1.0m。

1）確定錨索長(zhǎng)度：

L＝La+Lb+Lc+Ld

式中 L—錨索總長(zhǎng)度，m；

La—錨索深入到較穩(wěn)定巖層的錨固長(zhǎng)度，m；

Lb—需要懸吊的不穩(wěn)定巖層及頂煤厚度，取4.2+1.4m；

Lc—上托盤及錨具的厚度，取0.4m；

Ld—需要外露的張拉長(zhǎng)度，取0.35m；

錨索錨固長(zhǎng)度La按下式確定：

La≥K×d1fa/4fc

式中 K—安全系數(shù)，取＝2；

d1—錨索鋼絞線直徑，取15.24mm；

fa—鋼絞線抗拉強(qiáng)度，N/mm2（1920MPa，合1883.52 N/mm2）；

fc—錨索與錨固劑的粘合強(qiáng)度，取10 N/mm2。

則

La≥2×15.24×1883.52/4×10＝1.435m

L＝1.435+5.6+0.4+0.35＝7.785m

設(shè)計(jì)取錨索長(zhǎng)度為8.0m。

2）錨索傾角：錨索垂直巷道頂板輪廓線布置。

3）錨索間排距：取不大于錨索長(zhǎng)度的1/2。

4）錨索梁規(guī)格及支護(hù)方式。

采用槽鋼梁配合錨索進(jìn)行超前支護(hù)，槽鋼梁的規(guī)格為2000mm×12#，錨索采用φ15.24×8000mm；第一排錨索梁打設(shè)在采空區(qū)側(cè)距離巷道中心線1500mm處，距離巷道上幫的間距為500mm；第二排錨索梁打在采空區(qū)側(cè)距巷道中心線200mm，利用錨索的懸吊原理使巷道頂板具有主動(dòng)支護(hù)頂板的作用。

5.2.2 密集木支柱及單體液壓支柱支護(hù)設(shè)計(jì)

31503下順槽沿空留巷支護(hù)圖

圖4 沿空留巷支護(hù)剖面圖（Ⅰ—Ⅰ）

密集木支柱是為了加強(qiáng)頂板的支護(hù)質(zhì)量以及防止采空區(qū)的煤矸滾落到巷道內(nèi)，在采空區(qū)側(cè)錨索梁的內(nèi)側(cè)補(bǔ)打兩排密集木點(diǎn)柱加強(qiáng)支護(hù)，兩排木點(diǎn)柱均采用密集式進(jìn)行支護(hù)。

單體液壓支柱支護(hù)方式：?jiǎn)误w液壓支柱配金屬鉸接頂梁是為了加強(qiáng)巷道頂板的支護(hù)，順著巷道方向打兩排單體支柱，兩排單體柱的間距為1100mm；第一排單體柱打在采空區(qū)側(cè)距離巷道中心線為1000mm，柱距為500mm；第二排單體支柱打在中線的另外一側(cè)距離巷道中心線100mm，柱距為1000mm。

6 防漏風(fēng)措施

留巷期間為了防止向采空區(qū)露風(fēng)，采用編織袋裝入黃土砌墻的方法進(jìn)行封堵，同時(shí)要求選用無(wú)大塊、粘結(jié)度較好的黃土。黃土袋的填放位置在外面一排木點(diǎn)柱與單體支柱之間，水泥袋裝黃土后的長(zhǎng)度不低于50mm，在使用黃土袋堆砌土墻時(shí)要保證袋與袋之間錯(cuò)落有致，并且在層與層之間撒上一些黃土，來(lái)加大密封性。在堆砌黃土墻時(shí)，需要在墻體的上部留設(shè)注漿孔，以便于進(jìn)行注漿作業(yè)，同時(shí)在墻體的下部設(shè)有流水孔，以防止水沖刷土墻，對(duì)墻體造成破壞。

7 礦壓觀測(cè)

采用頂板離層指示儀與十字布置法觀測(cè)巷道頂板、底板和兩幫的相對(duì)移近量，提供巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，將觀測(cè)后的結(jié)果進(jìn)行分析。

8 通風(fēng)與防滅火

1）31503采面的風(fēng)量要在進(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)行控制，風(fēng)量盡可能要小；同時(shí)需要使用局扇給沿空留巷送風(fēng)，風(fēng)機(jī)可安設(shè)在31503采面下順槽的新鮮的風(fēng)流中，風(fēng)量也必須加以控制盡可能的小。

2）防滅火設(shè)計(jì)。31503下順槽在沿空留巷過(guò)程中，為了防止露風(fēng)必須采取有效的措施，采空區(qū)壓力穩(wěn)定后，對(duì)沿空留巷墻體進(jìn)行噴漿和噴灑阻燃劑，以阻止向采空區(qū)露風(fēng)引起火災(zāi)。

9 經(jīng)濟(jì)效益比較

31503下順槽沿空留巷從2012年4月開(kāi)始到2013年元月份結(jié)束共成功留巷410米。通過(guò)沿空留巷，我們對(duì)留巷期間所發(fā)生的各類材料統(tǒng)計(jì)如下表：

材料名稱型號(hào)個(gè)數(shù)/m單價(jià)（元）數(shù)量總價(jià)（元）備注木 料Φ20mm 8 950元/m3 288m3 273600樹(shù)脂藥卷S2360 6 6元/卷2460卷14760槽鋼梁12#槽鋼3m 5.61元/kg 6716kg 37677錨索（根）Φ15.24×8m 2 84元/根820根68880黃 土—35元/m3 600m3 21000編織袋—0.8元/個(gè)28000個(gè)22400單體液壓支柱DW-2500 1 1000元/根230 230000 DW-2800 1 1000元/根890 890000 DW-3500 1 1000元/根110 110000鉸接頂梁HDJA-1000 2 800元/根820 565000合 計(jì) 2233317

沿空留巷效益分析計(jì)算表

經(jīng)過(guò)效益對(duì)比分析計(jì)算，張紀(jì)井31503下順槽沿空留巷410m，共節(jié)約資金3356260元，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

10 結(jié)論

張紀(jì)井31503下順槽沿空留巷通過(guò)近一年多的實(shí)施，該項(xiàng)目的實(shí)施切實(shí)緩解了礦井年采掘銜接的緊張局面，為礦井完成全年生產(chǎn)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)通過(guò)采取沿空留巷，為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益；另外該科技項(xiàng)目的實(shí)施積累的大量數(shù)據(jù)資料，為下一步在礦井在其他地區(qū)開(kāi)展應(yīng)用該項(xiàng)目，提供了可靠經(jīng)驗(yàn)，打下良好基礎(chǔ)。

苗杰（1977-），男，河北康保人，畢業(yè)于河北工程大學(xué)采礦專業(yè)，現(xiàn)為張礦集團(tuán)康保礦業(yè)有限公司總工程師。