采煤工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)研究

何 明

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 北京開(kāi)采研究分院，北京 100013)

采煤工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)研究

何 明1，2

(1.天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學(xué)研究總院 北京開(kāi)采研究分院，北京 100013)

針對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦3214工作面地質(zhì)條件，對(duì)采煤工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)原則，對(duì)充填過(guò)渡支架和擋矸支架優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)，確保了3214工作面沿空留巷充填開(kāi)采工藝成功實(shí)施，實(shí)現(xiàn)工作面Y型通風(fēng)，有效解決了隅角瓦斯積聚和超限問(wèn)題，對(duì)解決回采工作面巷道布置、減少巷道掘進(jìn)量、提高采區(qū)采出率、減少工作面準(zhǔn)備時(shí)間、降低開(kāi)采成本等具有重要意義。

沿空留巷；充填過(guò)渡支架；擋矸支架

沿空留巷技術(shù)取消區(qū)段煤柱，提高了煤炭資源采出率，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限；減少巷道掘進(jìn)量，緩解了采掘接替矛盾的難題；實(shí)現(xiàn)工作面Y型通風(fēng)系統(tǒng)，有效解決了工作面隅角瓦斯積聚和超限問(wèn)題，取消了孤島工作面，有利于礦井安全生產(chǎn)。沿空留巷技術(shù)是無(wú)煤柱開(kāi)采的重要發(fā)展方向，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益都很顯著[1-5]。本文結(jié)合陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦3214工作面具體地質(zhì)條件，對(duì)采煤工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 新景礦3214工作面概況

陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦3214工作面埋深434～535m，工作面走向長(zhǎng)1086m，傾斜長(zhǎng)211m。所采3號(hào)煤層大部分厚度穩(wěn)定，僅北部局部沖刷區(qū)煤層厚度變化較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層夾石。煤層以鏡煤、亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。煤層總厚0.8～2.61m，平均厚度2.26m；煤層傾角2～11°，平均傾角7°。

3214工作面基本頂為2.43m的灰白色細(xì)粒砂巖，成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，局部沖蝕下部巖層與3號(hào)煤直接接觸。直接頂為3.2m的灰黑色砂質(zhì)泥巖，含植物化石，局部受基本頂砂巖沖蝕不存在。直接底為2.14m的灰黑色砂質(zhì)泥巖，富含植物化石碎片，上部含砂量較小，有時(shí)相變?yōu)槟鄮r。

3214工作面布置1條進(jìn)風(fēng)巷、1條輔助進(jìn)風(fēng)巷及1條回風(fēng)巷，輔助進(jìn)風(fēng)巷將被保留下來(lái)為下一工作面使用。工作面生產(chǎn)系統(tǒng)及巷道布置如圖1所示。工作面形成“兩進(jìn)一回”的“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)，從系統(tǒng)上避免了上隅角瓦斯積存的問(wèn)題。

圖1 3214工作面生產(chǎn)系統(tǒng)及巷道布置

2 沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)

沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)主要由充填過(guò)渡支架、巷旁擋矸支架、擋矸裝置及其他輔助裝置組成。其中，充填過(guò)渡支架與輸送機(jī)相連，方便架前鋪網(wǎng)，為架后充填作業(yè)提供安全空間，附帶擋矸裝置，防止移架時(shí)前、后架間漏矸；巷旁擋矸支架布置在充填過(guò)渡支架后部，具有擋矸、支護(hù)、糾偏等功能，適用于高水、膏體等材料充填。沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)原則如下：

(1)專用支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與采煤工作面煤層賦存條件和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律相適應(yīng)，保障工作面安全高效生產(chǎn)。

(2)專用支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)與巷內(nèi)支護(hù)、巷旁支護(hù)強(qiáng)度匹配，滿足留巷工藝需要。

(3)專用支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)保證沿空留巷作業(yè)空間安全可靠。

(4)專用支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊，自動(dòng)化程度高，空間布置合理，減少輸送機(jī)停機(jī)時(shí)間，加快工作面推進(jìn)速度。

(5)專用支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)具有調(diào)斜糾偏功能，保證充填墻體沿巷道走向平行施工。

針對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)前期沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)中存在的諸多問(wèn)題(如支護(hù)系統(tǒng)空間布置不合理、擋矸效果及穩(wěn)定性較差、拉移困難以及采空區(qū)側(cè)擋矸支架易傾斜等)，并考慮新景礦3124工作面生產(chǎn)銜接工期緊張等因素，經(jīng)支護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及配套驗(yàn)證，決定充填過(guò)渡支架在中部支架基礎(chǔ)上改造完成，并優(yōu)化原巷旁擋矸支架，整個(gè)專用支護(hù)系統(tǒng)采用電液控制，最終配套設(shè)備如下：中部支架：ZY6400/17/31AD，頂梁為鉸接頂梁帶伸縮梁結(jié)構(gòu)；充填過(guò)渡支架：ZY6400/17/31AD(G)，共6架，在中部支架基礎(chǔ)上改造；巷旁擋矸支架：ZQL2×4000/17/31A(B)D，一組；運(yùn)輸機(jī)：SGZ800/800；采煤機(jī)：MG300/700。

新景礦3214沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)平面布置如圖2所示。

圖2 3214沿空留巷支護(hù)系統(tǒng)平面布置

新景礦3214工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)具體配套關(guān)系如圖3所示。

圖3 3214沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)配套關(guān)系

如圖3中(a)所示：充填過(guò)渡支架機(jī)尾第6架靠近中部支架安裝，機(jī)尾第6架安裝后方和側(cè)方擋矸裝置防止采空區(qū)漏矸。

如圖3中(b)所示：充填過(guò)渡支架機(jī)尾第5架后方安裝靠近采空區(qū)一側(cè)的擋矸支架，擋矸支架安裝擋矸板；為避免機(jī)尾第6架移架時(shí)側(cè)方漏矸，機(jī)尾第5架安裝側(cè)方擋矸裝置；機(jī)尾第5架與擋矸支架之間安裝可左右旋轉(zhuǎn)、上下調(diào)節(jié)的擋矸板，該擋矸板與擋矸支架自帶擋矸板搭接防止漏矸；機(jī)尾第5架后方安裝擋矸裝置。

如圖3中(c)所示：充填過(guò)渡支架機(jī)尾第4架后方安裝擋矸支架靠近充填墻體一側(cè)的部分。

如圖3中(d)所示：充填過(guò)渡支架機(jī)尾第3架后方為充填作業(yè)區(qū)。

如圖3中(e)所示：充填過(guò)渡支架機(jī)尾第1架、第2架后方為留巷。

3 充填過(guò)渡支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

中部支架ZY6400/17/31AD改造為充填過(guò)渡支架總體思路為：在原支架掩護(hù)梁背部?jī)蓚?cè)增加導(dǎo)向耳軸，設(shè)計(jì)可沿導(dǎo)向耳軸縱向滑動(dòng)的箱形梁，該滑動(dòng)梁與掩護(hù)梁之間通過(guò)滑動(dòng)千斤頂連接，滑動(dòng)梁上方鉸接一頂梁(帶伸縮梁)；原支架底座后部增加一鉸接底座，新增頂梁與底座之間通過(guò)立柱連接，新增頂梁姿態(tài)通過(guò)立柱及滑動(dòng)千斤頂調(diào)節(jié)。對(duì)支架新增結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度理論校核，改造后充填過(guò)渡支架ZY6400/17/31AD(G)如圖4所示。其中，新型擋矸裝置如圖5所示：包括側(cè)方擋矸裝置、后方擋矸裝置以及過(guò)渡支架與擋矸支架之間擋矸板。

1—原中部支架；2—滑動(dòng)梁；3—導(dǎo)向耳軸；4—滑動(dòng)梁；5—滑動(dòng)千斤頂；6—頂梁；7—立柱；8—底座圖4 充填過(guò)渡支架ZY6400/17/31AD(G)

充填過(guò)渡支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

(1)與以往支架后部支護(hù)空間采用挑梁結(jié)構(gòu)相比，新增后部結(jié)構(gòu)支護(hù)空間大，采用立柱支護(hù)頂板，支護(hù)強(qiáng)度高，增強(qiáng)了后部充填作業(yè)空間的安全性和穩(wěn)定性。

(2)通過(guò)滑動(dòng)梁設(shè)計(jì)可以較好地保持充填過(guò)渡支架前后部高度一致，更有效地維護(hù)充填作業(yè)區(qū)頂板。

(3)后部鉸接式全封閉擋矸機(jī)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)梁，強(qiáng)度高、可靠性高，可隨采高位置自動(dòng)調(diào)節(jié)，擋矸效果好。

(4)隨著采高變化可調(diào)節(jié)支架側(cè)方擋矸結(jié)構(gòu)，擋矸效果好。

(5)充填過(guò)渡支架與擋矸支架之間的新型擋矸結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)、上下自主調(diào)節(jié)從而改善擋矸效果。

4 巷旁擋矸支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

原有巷旁擋矸支架(如圖6所示)操作繁瑣，前后架需要分開(kāi)拉架；采空區(qū)頂板垮落后，靠近采空區(qū)一側(cè)擋矸支架姿態(tài)不好調(diào)整；支架整體結(jié)構(gòu)過(guò)長(zhǎng)，而充填墻體凝固時(shí)間實(shí)際很短，不需要支架滯后支護(hù)。針對(duì)使用中存在的諸多不足，對(duì)原擋矸支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后支架為前后鉸接結(jié)構(gòu)，縮短整機(jī)長(zhǎng)度，并增加輔助推移裝置，實(shí)現(xiàn)單排整體移架；底座和頂梁上增加防倒千斤頂，調(diào)整支架姿態(tài)。擋矸支架優(yōu)化后結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中新增輔助推移裝置如圖8所示。

圖5 新型擋矸裝置

圖6 原擋矸支架ZQL2×4000/17/31A(B)D

圖7 優(yōu)化后擋矸支架ZQL2×4000/17/31A(B)D

圖8 輔助推移裝置

5 井下工業(yè)性試驗(yàn)

5.1 沿空留巷開(kāi)采工藝

沿空留巷開(kāi)采工藝如下：鋪網(wǎng)→割煤→移機(jī)尾充填過(guò)渡支架、擋矸支架→架后落山側(cè)臨時(shí)支護(hù)→架后正式支護(hù)→校對(duì)中線→支模→泵注混凝土(等墻體凝固達(dá)到設(shè)計(jì)支撐強(qiáng)度)→留巷滯后支護(hù)。

5.2 初次來(lái)壓及周期來(lái)壓

(1)3214工作面初采期間推進(jìn)12m落山頂板垮落，主要原因在于原切巷成巷時(shí)間早，頂板已產(chǎn)生離層，故受采動(dòng)影響，落山直接頂垮落，但基本頂未發(fā)生垮落。

(2)瓦斯抽放量情況：工作面初采高抽巷瓦斯抽放量2016年12月19日8點(diǎn)班最大達(dá)到14.24m3/min，在12月22日下降到13.88m3/min，之后穩(wěn)定在10～15m3/min。

(3)3214工作面在12月19日工作面支架出現(xiàn)峰值40MPa，且一直穩(wěn)定在38～40MPa，12月20日支架工作阻力減小至26MPa左右，頂板壓力有明顯變化。

綜上分析，3214工作面初次來(lái)壓在2016年12月19日前后，當(dāng)日推進(jìn)度為進(jìn)風(fēng)29m，回風(fēng)35m。3214工作面初次來(lái)壓步距30m，周期來(lái)壓步距10～14m，影響范圍3m。

5.3 巷道變形觀測(cè)

(1)進(jìn)風(fēng)巷頂?shù)装遄兓繛?～200mm，兩幫變化量為0～200mm；沿空留巷頂?shù)装遄兓繛?00～1600mm，兩幫變化量為100～900mm；回風(fēng)巷頂?shù)装遄兓繛?00～2200mm，兩幫變化量為100～900mm。

(2)進(jìn)風(fēng)、輔助進(jìn)風(fēng)巷在構(gòu)造揭露期間巷道變化量小，巷道支護(hù)強(qiáng)度能滿足要求。

(3)沿空留巷巷道變化大，柔膜處頂板下沉較大處建議隊(duì)組跟緊支設(shè)木垛、中路柱等支護(hù)設(shè)施，為巷道的二次復(fù)用打好基礎(chǔ)。

(4)回風(fēng)巷巷道變化較大，應(yīng)及時(shí)起底。

沿空留巷巷道高度和變化曲線如圖9、圖10所示。

圖9 沿空留巷巷道高度變化曲線

圖10 沿空留巷巷道寬度變化曲線

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)的研究，提出了沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)原則，建立了適應(yīng)陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦3214工作面的沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)并對(duì)現(xiàn)有支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足了沿空留巷充填開(kāi)采需要，確保了留巷成功。

(1)改造后的機(jī)尾充填過(guò)渡支架增加了支護(hù)面積和支護(hù)強(qiáng)度，能更好地維護(hù)頂板，改善頂板支護(hù)質(zhì)量和作業(yè)環(huán)境，為支架后部充填作業(yè)提供了足夠的安全操作空間。

(2)解決了現(xiàn)有沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)中擋矸效果、支架穩(wěn)定性差及采空側(cè)擋矸支架易傾斜、拉移困難等問(wèn)題，后部擋矸支架穩(wěn)定性提高，移架更順暢，新型擋矸裝置的研發(fā)有效避免了采空區(qū)漏矸。

(3)沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電液控制。

(4)采用“Y”型通風(fēng)方式，有效緩解突出煤層銜接緊張、風(fēng)量緊張、防突壓力大的被動(dòng)局面。

[1]華心祝.我國(guó)沿空留巷支護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及改進(jìn)建議[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34(12)：79-80.

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StudyonSpecificSupportingSystemforGod-sideEntryRetainingofCoalFace

HE Ming1,2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)

Based on geological condition of 3214 working face in Xinjing coal mine of Yang coal group，specific supporting system for god-side entry retaining of coal face was studied systematic，and then specific supporting system selection and design principle of god-side entry retaining was put forward，god-side entry retaining filling mining technology of 3214 working face was processed successfully，and then Y-type ventilation of working face was realized，industrial test in the pit was proceeded，some problems that corner gas accumulation and ultralimit were solve successfully，it was significant for roadway layout of working face，decreasing roadway tunneling，improving mining ratio，decreasing release time of working face and reduce mining cost.

god-side entry retaining;filling transition support；resistance gangue support

2017-08-22

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.015

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃( 973) 資助項(xiàng)目(2014CB046302)；國(guó)家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51704157)；天地科技股份有限公司研發(fā)項(xiàng)目(KJ-2015-TDKC-01)

何 明(1983-)，男，山東泰安人，助理研究員，博士在讀，主要從事工作面支護(hù)與裝備技術(shù)研究。

何 明.采煤工作面沿空留巷專用支護(hù)系統(tǒng)研究[J].煤礦開(kāi)采，2017，22(6)：62-65.

TD355.4

A

1006-6225(2017)06-0062-04

林健]