沙曲礦高瓦斯厚煤層沿空留巷技術優(yōu)化與應用

武金福

(華晉焦煤集團 沙曲礦,山西 柳林 033300)

·技術經驗·

沙曲礦高瓦斯厚煤層沿空留巷技術優(yōu)化與應用

武金福

(華晉焦煤集團 沙曲礦,山西 柳林 033300)

華晉焦煤沙區(qū)礦為高瓦斯突出礦井，24207膠帶巷以及24208膠帶巷存在沿空留巷斷面不足，通風阻力增大等問題。提出對24306工作面從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補強支護等方面進行沿空留巷技術優(yōu)化，提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本；減小了巷道掘進量；緩解了生產銜接緊張的問題；回收了保護煤柱，提高了資源采出率。

高瓦斯；厚煤層；沿空留巷

華晉焦煤沙曲礦為高瓦斯突出礦井，為治理瓦斯，提高資源回采率，該礦引進了沿空留巷“Y”型通風無煤柱開采技術。針對24207膠帶巷3.5 m寬墻體機械模板沿空留巷技術的缺陷，以及24208膠帶巷1.0 m寬墻體錨柱網鑄混凝土沿空留巷技術存在的切頂錨柱承載載荷不足,導致墻體留巷側頂板下沉量較大,造成沿空留巷斷面不足,通風阻力增大等問題。有必要從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補強支護等方面進行優(yōu)化設計，以充分發(fā)揮沿空留巷的特點，降低留巷成本，提高資源采出率。

1 工作面概況

沙曲礦24306工作面位于礦井北翼三采區(qū)，沿煤層傾向布置，3+4#煤層合并開采。開采煤層厚度為3.5～4.3 m，平均厚度4.2 m. 煤層直接頂為泥巖，厚度為4.9 m；基本頂為中砂巖，厚度為6.0 m；直接底為1.2 m厚的中砂巖；基本底為1.6 m厚的粒砂巖。預計24306工作面在回采期間絕對瓦斯涌出量將達到20～25 m3/min.

2 留巷墻體寬度優(yōu)化

2.1 沿空留巷支護體寬度計算

沿空留巷支護體中的載荷可由式(1)計算：

(1)

式中：

q—充填體載荷,t/m2；

bB—充填體內側到煤壁的距離,m；

x—充填體寬，m，取2.0；

bc—充填體外側懸頂距,m；

γs—巖石平均容重，t/m3，取2.5；

h—煤層平均采厚，m，取4.2；

c/—剪切角，(°)，根據冒落帶高度取26.

經計算，q值約為363.6 t/m2，則靜阻力載荷約為3.64 MPa. 考慮到基本頂來壓時下位巖層及充填體的動載系數為靜載系數的2～6倍，即7.28～21.84 MPa，而根據充填材料的強度試驗，其最大承載極限可達到30 MPa以上，則墻體寬度定為2.0 m，可滿足強度要求。

2.2 工程類比

根據類比認為，沿空留巷充填墻體寬度的變化對巷道圍巖的應力分布與形變有較為明顯的影響，隨著墻體寬度的增加，巷道圍巖應力與變形均有所改善。同時，墻體寬度應存在一個最優(yōu)值，當寬度小于最優(yōu)值時，墻體寬度的增加可明顯改善巷道圍巖的應力與變形，而當墻體寬度大于最優(yōu)值時，這種僅靠增加墻體寬度而使巷道維護狀況得到改善的作用便不再明顯。根據24207、24208工作面工程類比結果的各種分析，可以確定墻體寬度的最優(yōu)值應為1.5～3.0 m.

2.3 墻體寬度的確定

根據沿空留巷支護體的工作阻力載荷計算、工程類比結果、礦井已留巷工作面的實際工程經驗，墻體寬度確定為2.0 m，可滿足留巷需要。

3 沿空留巷技術優(yōu)化

3.1 工作面開缺口寬度及高度、支護方式的優(yōu)化

為保證留巷寬度，給留巷立模留出安全作業(yè)空間，并降低充填墻體承載載荷，要求在回采前對24306軌道巷回采側煤壁進行開缺口(擴幫)處理，擴幫采用打眼放炮的方式。開缺口超前工作面3～5 m，墻體寬度2.0 m，因原巷道寬度為4.6 m，留巷設計寬度為4.0 m，巷內留墻0.6 m，考慮采空區(qū)側回撤護墻單體液壓支柱所需空間，故確定開缺口寬度為2.7 m，高度根據打設錨桿作業(yè)要求確定為2.6 m. 為有效解決采空區(qū)切頂問題，在靠近采空側全部打設一排切頂錨索；為減輕充填墻體自身承載載荷，在墻體上方打設一排減壓錨索。具體支護方式：頂板采用d21.8 mm×6 250 mm鋼絞線錨索、d22 mm×2 400 mm螺紋鋼錨桿配合2.7 m長四眼“W”鋼帶及5 m×1.0 m菱形金屬網聯(lián)合支護，見圖1.

圖1 24306工作面開缺口段頂板支護示意圖

3.2 柔模袋拉筋孔優(yōu)化設計

針對布筋穩(wěn)固墻體要求，消除柔模袋充填受漿體擠壓出現外鼓等問題，優(yōu)化設計柔模袋采用長為2.4 m、3.0 m、3.6 m,寬2.0 m×高4.5 m三種規(guī)格柔模袋。具體見圖2.

圖2 24306工作面柔模袋設計圖

3.3 立模及充填工藝優(yōu)化

1) 打設檔桿單體液壓支柱，隔離安全作業(yè)空間。

隨工作面回采的推進，在采空側，即開缺口頂板支護切頂錨索之間，以間距1 000 mm打設一排擋矸單體液壓支柱，單體液壓支柱打在經緯網上，保證采空區(qū)冒落的矸石有效地控制在單體液壓支柱與擋矸網之外，隔離出安全作業(yè)空間。

2) 柔模袋內布筋，加強墻體穩(wěn)定性。

柔模袋掛設完成后，在隔離墻體使用回收的圓鋼鋼帶配合圓鋼拉筋進行加固，4眼圓鋼鋼帶長度為2.7 m，垂直頂底布置，拉筋規(guī)格為d18 mm×2 200 mm，拉筋間距0.8 m，排距0.6 m，最上一排拉筋距頂板1.1 m，最下一排拉筋距底板0.7 m. 在隔離墻內側(采空側)、外側(留巷側)及采面?zhèn)葐误w液壓支柱內側掛設鋼筋網片(0.9 m×1.7 m)，用回收的規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm的鐵墊片與圓鋼鋼帶固定在柔模袋外側。在墻體充填過程中利用圓鋼鋼帶、拉筋、鋼筋網使得柔模袋整體形成了鋼筋骨架，提升了整體的剛度及承載能力，可承受因混凝土充填期間產生的側向推力，且增加了墻體的強度與穩(wěn)定性。這種技術解決了之前24208工作面僅依靠單體液壓支柱充填受力損壞的問題，而且單體液壓支柱布置于鋼筋網外側，可實現全部回收，見圖3.

圖3 24306軌道巷隔離墻布置圖

3.4 軌道巷補強支護技術優(yōu)化

軌道巷頂板補強支護在原有全錨桿支護的W鋼帶的二、三眼位及四、五眼位中間緊壓鋼帶補打單錨索。錨索規(guī)格為d21.8 mm×6 250 mm，錨索間距為1 600 mm，排距為1 800 mm. 軌道巷煤柱幫補強支護布置在原巷道支護的鋼帶排與排之間，采用鋼絞線錨索、W鋼帶聯(lián)合支護方式，3眼W鋼帶的規(guī)格為2 100 mm×250 mm×3 mm，眼距為800 mm；錨索規(guī)格為d17.8 mm×4 250 mm. 以上補強支護實施100 m后，根據礦壓顯現情況，后期取消了補強支護，巷道兩幫的最大收斂值僅為50 mm，頂板的下沉量最大為110 mm，留巷超過工作面100 m之后，巷道頂板下沉及兩幫收斂處于穩(wěn)定狀態(tài)，順槽控制圍巖效果良好。

4 經濟、社會效益分析

24306軌道巷沿空留巷墻體寬度減少1.5 m，減少充填直接材料費用5 816.7元/m，按照回采推進1 400 m計算，節(jié)省費用814.3萬元。補強支護優(yōu)化后，節(jié)省錨桿、鋼帶、錨索、菱形網等支護材料費用1 382.5元/m，可節(jié)省費用186.6萬元。沿空留巷采空側單體液壓支柱回收率可達50%以上，節(jié)省費用224萬元。

沙曲礦高瓦斯厚煤層工作面沿空留巷技術優(yōu)化研究，從留巷墻體寬度、留巷工藝、巷道補強支護等方面進行技術優(yōu)化，充分提高了留巷速度，并大幅降低了留巷成本。留巷內圍巖穩(wěn)定，墻體無變形，保護煤柱可回收，最大限度地開采了煤炭資源，為沿空留巷技術的大面積推廣打下了堅實的基礎。

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Optimization and Application of Gob-side Entry Retaining Technology in High Gas Thick Coal Seam in Shaqu Coal Mine

WU Jinfu

Being a coal mine with potential gas outburst, problems of too small section and too big ventilation resistance troubles Shaqu coalmine in the No.24207 and No.24208 belt conveyor roadway which adopted the gob-side entry retaining technique. The paper proposed measures to optimize the technology of gob-side entry retaining by selecting the right process, by determining the best width of the retaining wall, by further reinforcement of the roadway. The optimization is of significance in speeding up the engineering, in reducing the cost of the roadway, in improving the recovery of protective pillar, it is also conducive for the tension relief in production linkage.

High gas; Thick coal seam; Gob-side entry retaining

2016-11-23

武金福(1964—)，男，山西太原人，1985年畢業(yè)于大同煤炭學校，工程師，主要從事煤礦采掘技術工作

(E-mail)sqsjklb@163.com

TD353

B

1672-0652(2017)01-0014-03