岳城煤礦綜采下分層沿空掘巷技術研究

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岳城煤礦綜采下分層沿空掘巷技術研究

彭業晉

(山西晉城煤業集團 沁秀煤業有限公司，山西晉城048007)

摘要為提高礦井資源回收率及萬噸掘進率，根據岳城煤礦3`#煤地質條件和煤層賦存狀況，對綜采下分層回采巷道采用沿空掘巷工藝進行技術研究，使巷道避開圍巖支撐壓力極值，有效控制圍巖變形程度。在數值模擬分析的基礎上，提出了岳城煤礦3`#煤下分層工作面之間留設4 m、下分層巷道外錯上分層7 m的留設煤柱最佳尺寸，并對此條件下的頂板、瓦斯管理存在的問題提出了解決方案。結果表明，該方案的實施，使煤柱能得到充分回收，經濟效益顯著，為下分層沿空掘巷提供了理論基礎和實踐支持。

關鍵詞綜采下分層；沿空掘巷；應用方案

收稿日期：2014-12-19

作者簡介：彭業晉(1967—)，男，四川岳池人，2012年畢業于武漢理工大學，工程師，主要從事煤礦生產技術管理工作

中圖分類號：TD263

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)01-0028-03

AbstractIn order to improve the mine resource recovery rate and the drivage rate of ten thousand tons, according to the geological condition and the occurrence condition of No.3 coal seam in Yuecheng coal mine, adopts the technology of gob-side entry driving to research fully mechanized mining lower slice mining roadway, to avoid the roadway support pressure extremum of surrounding rock, effectively control the deformation of surrounding rock. On the basis of numerical simulation analysis, puts forward that the optimum size of reserved coal pillar between lower slice working face is 4 m, and the lower slice roadway staggers from the lateral upper slice is 7 m in No.3 coal seam of Yuncheng coal mine. Puts forward the solutions to existing problems of roof and he gas management. The results show that the scheme makes the coal pillar recovery sufficient, and the economic benefits are remarkable, it can provide a theoretical basis and practical support for lower slice gob-side entry driving.

山西晉城沁水煤田的多數礦井在工作面回采時都采用留設大煤柱進行回采護巷，即在工作面進風巷和回風巷之間留設一定寬度(一般為25 m)的煤柱，使順序接替的下一個工作面所利用的巷道避開圍巖支撐壓力極值。工作面準備時采用雙巷掘進，其技術管理、現場安全管理都比較簡單，但是工作面煤柱損失較高，最高達30%左右，且預留巷道受采動影響，煤柱壓力向巷道底板傳遞，影響鄰近工作面回采和底板巷道的穩定。巷道需多次重復維修，工作量大，增加了成本投入，且25 m煤柱不易回收，造成煤炭資源的浪費。

1基本概況

晉城煤業集團沁秀煤業有限公司岳城煤礦，位于山西省晉城市沁水縣趙莊村，屬沁水煤田東南部，井田面積約14 km2，為高瓦斯礦井。目前，回采3#煤層，煤層均厚6.1 m， 3#煤層位于山西組下部，上距K8砂巖34.9 m，下距K7砂巖2.1 m，距9#煤層47.2 m.采用綜合機械化分層開采。

在進行上分層回采時，因3#煤瓦斯較高，為確保回采時上隅角瓦斯不超限，工作面采用四巷布置，分別為進風巷、運輸巷、回風巷及瓦斯尾巷，進風巷與回風巷之間煤柱為25 m.在進行下分層工作面布置時，采用內錯式巷道布置，下分層巷道一般內錯上分層回采巷道15 m，造成下分層工作面長度減少30 m，增加了萬噸掘進率，同時，將下分層工作面之間的煤柱增加到55 m左右，使該煤柱很難回收，造成該礦煤炭資源的嚴重浪費。3#煤層上下分層巷道布置示意圖見圖1.

圖1　3 #煤層上下分層巷道布置示意圖

23#煤層沿空掘巷技術的應用方案

為提高礦井資源回收率及萬噸掘進率，根據岳城煤礦目前的生產狀況，針對3#煤傳統回采工藝中下分層工作面之間留設的55 m煤柱回收困難的問題，將原來的內錯式布置改為采用下分層沿空掘巷技術，即留設小煤柱。

1) 下分層回采巷道合理位置確定。

岳城煤礦為高瓦斯礦井，下分層回采巷道合理位置確定應遵循以下基本原則：a) 巷道要布置在上部煤層殘留區段的應力降低區內，以避開煤柱壓力集中區，便于巷道維護。b) 盡可能減少煤柱損失。c) 確保通風系統穩定，有效隔絕采空區漏風。根據厚煤層分層回采，采用數值模擬方法，對不同寬度煤柱條件下應力分布規律進行分析，掌握煤柱支撐壓力在底板的應力分布規律，探討巷道在非均勻應力場中極易變形和破壞的原因。在此基礎上，研究分析下分層回采巷道的合理位置。上部煤層不同煤柱寬度對底板巖層垂直應力集中系數等值線分布圖見圖2.

a) 煤柱寬度為12 m時

b) 煤柱寬度為25 m時

由圖2可以看出，煤柱對底板的應力分布有較大影響，煤柱下方應力集中程度較高，向兩側逐漸遞減，且與煤柱留設寬度成反比例關系；底板的應力分布具有明顯的不均勻性，離煤柱越近，應力不均衡程度越大；離煤柱越遠，則應力分布狀態越趨于緩和。當煤柱寬度為12 m時，應力降低區(k≤1)距煤柱水平距離為6.2 m，傳遞影響角為42.5°(90-δ)；煤柱寬度為25 m時，應力降低區距煤柱水平距離為3.8 m，傳遞影響角為29.3°.因此，下分層巷道合理位置，不但要考慮將巷道盡可能布置在采空區下方的應力降低區內，還要考慮煤柱底板應力場的不均衡程度對支護結構影響，使支架受力狀態更趨于合理，巷道更易于維護。

根據上述分析，結合以往的數值模擬結果可以確定，岳城煤礦3#煤層進行下分層回采時，當上部煤柱為25 m，下分層巷道內錯距離應>7 m.

2) 下分層沿空掘巷巷道布置特征。

為避免回采巷道受煤柱側向支撐壓力的影響，上分層工作面回采結束待頂板銹結穩定后，錯開采掘交鋒可以進行下分層巷道布置，將下分層回采巷道布置在采空區網下，形成下分層進風巷與上分層回風巷外錯，使上分層留設煤柱在下分層回采工作面上方。

下分層進風巷與回風巷沿3#煤底板布置，采用金屬支架支護，下分層進風巷外錯上分層回風巷7 m左右，相鄰工作面回風巷與下分層進風巷形成沿空掘巷，留設4 m左右小煤柱。回采工作面巷道布置平面示意圖見圖3.

圖3　回采工作面巷道布置平面示意圖

3) 下分層工作面回采面臨問題及解決方案。

下分層沿空掘巷的關鍵是將上分層工作面之間的25 m煤柱布置在下分層工作面中部，煤柱下方應力集中程度最高，對底板的應力分布影響最大，煤柱下方的支架載荷較大，集中應力有可能造成支架額定工作阻力不能滿足高應力要求及綜采支架安全閥開啟的現象，需加強對下分層回采工作面的支護管理。

上分層進四風巷由于采用錨桿錨索聯合支護，強度較高，巷道不易垮落壓實，松散的矸石會從支架前方不斷冒落，支架不能接頂，容易發生工作面局部塌矸事故，需在上分層工作面回采時提前對進四風巷及聯絡巷鋪設金屬網。

4) 下分層回采工作面瓦斯涌出特點及治理措施。

岳城煤礦3#煤層平均厚度6.1 m，采用分層開采，瓦斯含量較大，上分層的開采破壞了瓦斯的原始賦存狀態，煤層中的瓦斯被部分釋放，下分層回采時，工作面瓦斯涌出量較低，瓦斯涌出量的變化幅度較小。

在沿空掘巷條件下，瓦斯管理的重點集中在中部的上分層進四風巷及聯絡巷內，由于上分層工作面回采后，煤體內裂隙發育，透氣性增強，巷道跨落不充分，有可能積聚高濃度瓦斯，下分層回采時將會造成工作面瓦斯超限，應提前采取如下措施避免下分層工作面回采時發生瓦斯事故：a) 合理調整通風系統，控制好工作面總進風量，避免采空區瓦斯涌出。b) 提前對工作面中部的上分層巷道進行預注漿封堵，埋管預抽放，減少沿空掘巷時瓦斯突然涌出。c) 掘進巷道過斷層、煤體破碎帶等特殊構造時，應對構造區巷道進行封閉噴漿，封堵漏風裂隙，防治采空區瓦斯涌入掘進巷道。

3結論

1) 研究沿空掘巷礦壓顯現規律及進行巷道圍巖控制的基礎是要充分了解巷道工程地質條件和生產技術條件。經模擬計算，岳城煤礦3#煤下分層綜采工作面之間留設4 m煤柱，下分層巷外錯上分層巷7 m是安全可行的，煤柱能得到充分回收，經濟效益顯著。

2) 區段煤柱的穩定性直接影響巷道整體穩定性。沿空掘巷窄煤柱承載能力低，工作面回采期間，采空區冒落矸石及巷道實體煤幫壓縮下沉，巷道圍巖活動劇烈，窄煤柱兩側破碎區向煤柱中央發展而急劇變形，煤柱幫向巷道內的移近量較大。因此，保持窄煤柱穩定、控制煤柱變形程度，是沿空掘巷能否成功的關鍵技術。

3) 在上分層回采時需對順槽巷道及橫川底板鋪設金屬網及木底梁的方式加強支護，可以有效解決下分層工作面回采塌矸漏頂問題，為下分層工作面管理創造良好生產環境。

參考文獻

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Research on Fully Mechanized Mining Lower Slice Gob-side

Entry Driving Technology in Yuecheng Coal Mine

PENG Yejin

Key wordsFully mechanized mining lower slice; Gob-side entry driving; Application scheme

·技術經驗·