東峰煤礦綜放沿空留巷設(shè)計及其圍巖變形量分析

李中勝

（山西蘭花集團東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

東峰煤礦綜放沿空留巷設(shè)計及其圍巖變形量分析

李中勝

（山西蘭花集團東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

摘要：根據(jù)東峰煤礦沿空留巷設(shè)計的地質(zhì)與開采條件、采煤工藝、作業(yè)方式等資料，采用頂?shù)装迨諗苛康挠绊懸蛩氐亩嘣貧w公式對其沿空留巷的圍巖變形量進行分析和計算，并計算出回采巷道圍巖變形分配。

關(guān)鍵詞：沿空留巷；圍巖變形；回風(fēng)；頂板

據(jù)《2007中國能源發(fā)展報告藍皮書》數(shù)據(jù)，中國在1980～2000年的20年間，煤炭資源浪費了280億t，這20年間浪費的煤炭資源可以保證中國2001～2018年間全國的煤炭供應(yīng)。中國煤炭資源因開采不充分造成的不合理損失量比重很大，絕對量很高［1］。

針對煤礦安全問題突出和煤炭資源回收率低等問題，在多年科學(xué)研究及工程實踐的基礎(chǔ)上，西安科技大學(xué)王曉利教授于2012年正式提出了“煤炭資源完全開采”的理念和配套技術(shù)［1］。完全開采的本質(zhì)就是以柔模支護技術(shù)為手段，為煤礦安全開采創(chuàng)造條件，把地下有限的煤炭資源全部開采出來。

綜上所述，煤炭是中國的主體能源，但是煤礦安全問題突出、煤炭資源回收率低等嚴重制約著煤炭工業(yè)的進一步發(fā)展，只有通過技術(shù)革命，突破煤炭資源的開發(fā)和利用瓶頸，才能使中國煤炭工業(yè)真正走上科學(xué)的發(fā)展道路，確保國家能源戰(zhàn)略安全［2］。

無煤柱沿空留巷技術(shù)可以回收煤柱，顯著提高煤炭資源回采率，延長礦區(qū)服務(wù)年限；降低巷道掘進率，從根源上減少頂板事故；回采工作面實現(xiàn)Y型通風(fēng)，消除回風(fēng)隅角瓦斯積聚，改善礦井安全條件。因此，積極推廣無煤柱沿空留巷技術(shù)，可以促進煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高煤礦安全生產(chǎn)水平，保證國家能源戰(zhàn)略安全［3-6］。

1　沿空留巷應(yīng)用研究現(xiàn)狀

世界上一些主要產(chǎn)煤國家都對沿空留巷進行了大量研究，做工作較多的是德國、英國和前蘇聯(lián)［1］。

德國巷旁支護采用石膏、飛灰加硅酸鹽水泥、矸石加膠結(jié)料等作為充填材料，巷內(nèi)支護采用重型U型鋼支架，進行了大量沿空留巷。但是德國煤礦一般掘進大斷面順槽，預(yù)留變形量，巷旁支護寬度是采高的0.7倍左右，總體留巷成本較高［1］。

英國在1979年試驗成功了高水材料巷旁充填，隨后在八十和九十年代進行了大量應(yīng)用，之后由于高水材料的力學(xué)性能不滿足深部高地壓沿空留巷的支護要求而逐漸取消。

俄羅斯、烏克蘭和波蘭采用巷旁墩柱進行沿空留巷，巷旁墩柱主要采用“木-混凝土”結(jié)構(gòu)，墩柱外面用薄鋼板圍成鋼圈，直徑為630 mm～800 mm，之內(nèi)放入短木柱，并充滿速凝水泥漿。這種結(jié)構(gòu)抗壓強度15MPa左右，壓縮量為6.5%～25%。墩柱質(zhì)量輕，易搬運、安裝，且承載能力大［1］。

20世紀80年代以后我國引進、消化、發(fā)展了高水巷旁充填技術(shù)，并在開灤、潞安等礦區(qū)進行了推廣應(yīng)用。高水巷旁充填具有工藝簡單、勞動強度低、施工速度快等優(yōu)點，但存在強度低、易風(fēng)化和成本高等問題，目前主要在一些淺埋薄煤層中應(yīng)用［1-2］。

21世紀以后，一些礦井采用鋼模板或模板支架混凝土進行沿空留巷巷旁支護，但是存在綜采支架竄架影響墻體接茬、勞動強度大、接頂不嚴和效率低等問題［1-2］。

2　東峰煤礦沿空留巷地質(zhì)與開采條件分析

2.1沿空留巷位置

在3206工作面軌道巷進行沿空留巷，將軌道巷保留下來，作為3202工作面的運輸巷，沿空留巷總長度為715 m。3206工作面采用兩進一回Y型通風(fēng)，運輸巷為主進風(fēng)巷，軌道巷為輔助進風(fēng)巷，通過留巷、3202工作面切眼和軌道巷進行回風(fēng)。圖1 為3206工作面工程平面。

圖1　3206工作面工程平面

2.2煤層賦存情況

3206工作面煤層厚度5.96 m，煤層節(jié)理發(fā)育，傾角1°～7°，開采3號煤層煤種為無煙煤，屬穩(wěn)定煤層。

2.3頂?shù)装迩闆r

3206工作面頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1　煤層頂?shù)装迩闆r

2.4地質(zhì)構(gòu)造

3206工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單，工作面地層產(chǎn)狀整體為一單斜構(gòu)造。無斷層、陷落柱等特殊地質(zhì)構(gòu)造，較為適合沿空留巷。

2.5水文地質(zhì)條件

根據(jù)本采區(qū)水文地質(zhì)情況及一采區(qū)3106工作面、3110工作面回采情況分析，影響本工作面涌水量的主要因素為頂板水，不受底板水、鉆孔水及地面水的威脅，本井田內(nèi)揭露的陷落柱均未出現(xiàn)導(dǎo)水現(xiàn)象。

頂板水為碎屑巖裂隙含水層，K7、K8砂巖及3號煤頂板砂巖裂隙含水層構(gòu)成3號煤層的充水水源。巖性以中粒砂巖為主，局部砂巖裂隙發(fā)育，井田內(nèi)補2-1號鉆孔對該含水層進行了抽水試驗，單位涌水量0.001 1 L/（s·m），滲透系數(shù)0.004 7 m/d，水位標高+925.71 m，水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型。3110工作面回采時涌水量為3 m3/h～7 m3/h，3106工作面回采時涌水量為2.5 m3/h～5 m3/h?；夭膳c留巷過程中，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定設(shè)置排水管路、設(shè)備、水槽、沉淀池等防排水設(shè)施，加強排水，減輕水對留巷底板的弱化作用。

3　沿空留巷圍巖變形量預(yù)計

3.1反映頂?shù)装迨諗苛康挠绊懸蛩氐亩嘣貧w公式

德國埃森研究院通過對260個沿空留巷采煤工作面的統(tǒng)計，得出反映頂?shù)装遄罱K收斂量影響因素的回歸公式。該公式的主要影響因素是：采深（H）、采高（M）、底板巖性指數(shù)（GL）、巷旁充填指數(shù)（SV）和巷道初始高度。

式中：KEV為頂?shù)装迨諗柯剩错數(shù)装迨諗苛颗c巷道初始高度之比，%；SV為巷旁充填指數(shù)，SV=1，剛性支護；SV=2，木垛支護；SV=3，無巷旁支護；GL為底板巖性指數(shù)，GL=1，砂巖；GL=2，砂頁巖；GL=3，泥頁巖；GL=4，植物根體化石；GL=5，煤；GL=6，煤、泥頁巖、植物根體互層，各層厚度小于20 cm。

該回歸公式的相關(guān)系數(shù)達93%，標準差為巷道初始高度的3%，說明其他因素的影響不大。

3.2回采巷道圍巖變形分配

沿空留巷的圍巖變形主要表現(xiàn)為頂?shù)装逡平數(shù)装逡平敯逑鲁梁偷坠膬刹糠?。埃森研究院通過對60條回采巷道底鼓的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)底鼓占總頂?shù)装迨諗柯实陌俜謹?shù)，簡稱底鼓率（SH），它與相關(guān)因素的關(guān)系為：

3206工作面的地質(zhì)和開采技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2　3206工作面地質(zhì)和開采技術(shù)參數(shù)

將地質(zhì)和開采技術(shù)參數(shù)代入上述公式中，得

將巷道初始高度2.8m帶入上述公式中可得，沿空留巷頂?shù)装蹇傄平繛?～11 cm，底鼓量為0～2 cm。

4　結(jié)束語

1）3206工作面采用兩進一回Y型通風(fēng)，運輸巷為主進風(fēng)巷，軌道巷為輔助進風(fēng)巷，通過留巷、3202工作面切眼和軌道巷進行回風(fēng)。在3206工作面軌道巷進行沿空留巷，將軌道巷保留下來，作為3202工作面的運輸巷。

2）3206工作面四周都為實體煤，無斷層、陷落柱等特殊地質(zhì)構(gòu)造，煤層不易自燃，煤塵無爆炸性，涌水量較小，總體地質(zhì)條件較好，較為適合沿空留巷。沿空留巷的關(guān)鍵是對頂煤完整性和底鼓的控制。

3）采用多元回歸公式對圍巖變形量進行了預(yù)測，頂?shù)装遄畲笠平?1 cm，最大底鼓量2 cm，留巷圍巖變形較小，可以滿足二次使用要求。

參考文獻：

［1］劉忠平.深井厚煤層柔模泵注混凝土沿空留巷技術(shù)應(yīng)用研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2013.

［2］李根.國有煤炭企業(yè)社會責(zé)任研究—以中國神華能源股份有限公司為例［D］.天津：南開大學(xué)，2008.

［3］趙慶枝.山西國有中小煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展思路探討［D］.太原：中北大學(xué)，2009.

［4］姚世彬.我國煤炭資源安全法律問題初探［J］.知識經(jīng)濟，2009（7）：23-24.

［5］尹明德，王希鎖，賈永軍.綜放開采高瓦斯治理技術(shù)［J］.煤礦開采，2007（2）：80-82，86.

［6］滿慎剛.軟底硬頂薄煤層沿空留巷支護技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2015，34（2）：50-52.

（編輯：劉新光）

中圖分類號：TD325

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5050（2016）03-037-03

DOI：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxm t.2016.06.011

收稿日期：2016-02-18

作者簡介：李中勝（1964-），男，山西晉城人，本科，工程師，從事煤炭開采技術(shù)研究與實踐。

Design of Gob-side Entry Retaining and Analysis on Surrounding Rock Deformation of Fully-mechanized M ining Face in Dongfeng M ine

LIZhongsheng
（Dongfeng Coal Co.,Ltd.,Shanxi Lanhua Group,Jincheng 048000,China）

Abstract：Based on thegeology andmining condition，mining technique，and operationmodeof the design of gob-side entry retaining in Dongfeng Mine，multiple regression formula on factors of roof-and-floor convergence was used to analyze and calculate the deformation of surrounding rock.The deformation distribution of the surrounding rockwasachieved too.

Keywords：gob-sideentry retaining；surrounding rock deformation；return air；roof