矿井综放工作面沿空留巷技术及矿压显现规律探析.pdf

矿井综放工作面沿空留巷技术及矿压显现规律探析雷雨龙，李赵岩（黄陵矿业公司，陕西延安7 2 7 3 0 7）摘要：本文研究在工作面回采作业中采用沿空留巷技术在综放工作面的矿压显现情况。基于黄陵矿业某矿111工作面的工程概况与支护情况，结合沿空留巷技术，在111工作面巷道内沿空留巷内布设“十字交叉法”测点，并设置信号柱，对该留巷的围岩变形收敛情况进行监测,得出留巷滞后回采工作面2 0 4 0 m时开始出现巷道压力显现；当留巷滞后回采工作面14 0180m时,巷道的变形量达到最大,巷道压力几乎处于峰值；当留巷滞后回采工作面2 0 0 2 6 0 m时，巷道压力开始趋于稳定。通过了解巷道矿压显现与变形情况,为沿空留巷的设计优化与巷道内的临时支护优化提供依据。关键词：综放工作面；沿空留巷；巷道变形；矿压显现中图分类号：F406.3;TD3531工程条件及支护概况1.1 工作面概况111工作面的走向长度为2 0 6 m，可开采的长度为1392.5m。煤层的埋藏深度为3 15 3 7 0 m，煤层厚度的平均值约为6.5m，倾角的范围一般0 10，平均倾角为4,煤层的普氏硬度系数在13 之间,煤层以较稳定的状态存在，且结构稳定。煤在自然发火倾向上属于级,为难发火煤层。为适应该工作面的通风要求，在111工作面采取二进一出的“Y”形通风模式。1.2巷道支护概况顶部锚杆（索）支护。111胶带巷原有的巷道剖面为5.5m3.5m的长方形，在巷道的上部布置7 条MSGLW-335/202400的左向无纵筋螺旋钢锚，其间距为8 0 0 mmx900mm,在垂直巷的上部布置4 条SKP21.8-1/1860-9300mm的锚链,其间距为150 0 mmx1800mm。帮部锚杆支护。在111胶带巷原有的外顶煤柱边帮部位，4 个MSGLW-500/222400左转无纵筋螺旋钢锚在采场边帮部位，4 个MGLW-500/222000左转无纵筋螺旋钢锚在采场边帮部位，支护之间的间距都为 90 0 mmx900mm。2柔模巷旁沿空留巷技术2.1巷旁沿空留巷支护参数巷旁支撑，是在巷道剖面与采空区接触面上设置的一种特殊形式的支撑体或人造间隔体，用于隔断采空区顶板、隔绝采空区或减轻巷中的支撑体等。通过陕西开拓建筑科技有限公司的研究，并参考已有研究成果和应用经验，最后选择111工作面胶带34文献标识码：B文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)13-0 0 3 4-0 3巷侧支撑体系，即以三维编织结构的软模和对拉锚杆为加强体,以采矿用的高性能混凝土为基础,通过试验研究，验证了三维编织结构的混凝土支撑体系的可行性。三维纺织结构柔性模板。本项目拟以陕西开拓建筑科技有限公司研发的矿井软模为研究对象，以加筋纤维布为外层,内层拉筋为内层,形成一种封闭式立体编织结构，其形状与支撑体相同，为支撑体预成形，并在其上设置了自闭式灌注孔及紧固件，质量轻、强度高、施工简便。矿用高性能混凝土。该产品由陕西开拓建筑科技有限公司研制，在长距离运输方面优势明显，具有自密实、高强度等特点，有良好的自密实性能。混凝土强度等级在C50以上。对拉锚栓。锚栓的杆体是一种热处理的左旋无纵肋螺纹钢筋，钢号是50 0,杆的直径为2 2 mm,杆的长度为17 0 0 mm，杆的两头都是带着螺纹的,杆尾的螺纹公称直径为M24,它是通过滚压加工的方法形成的，杆尾的螺纹长度为12 5mm。每一行安装5个螺栓，间距为7 50 mmx750mm,均与墙壁垂直安装。2.2柔模巷旁沿空留巷施工工艺柔模混凝土沿空留巷的施工过程，涉及干混合料的制备和运输、井下混凝土的制备和运输、待浇筑空间的围护、柔性模板的安装和混凝土浇筑等多个重要工序。2.3待浇筑空间挡研支架围护111煤层沿空留巷采用ZRL11620/25/42型排研架，并配合软模支护工艺，设置于111煤层3 号支架后。ZRL11620/25/42型排研支架为两组一架，用于保护采空区一侧的待灌空隙。本项目研究成果可用于留巷的柔性支护,具有自主移架、支护采空区和隔离工作空间等作用，可使柔性支护过程机械化、自动化，从而提升柔性支护的工作效率，减轻工作负担。2.4超前工作面临时加强支护111胶带巷在前方50 m以内，沿道方向进行“单柱+型钢”的临时加固，支架间距90 0 mm，前方3 0 m以内采取“一梁三柱”支护，前方3 0 50 m采取“一梁两柱”支护，型梁身长4 6 0 0 mm，D W4 0-2 50/110 X 型单柱，单柱上必须系上放倒绳。2.5滞后工作面临时加强支护在滞后工作面3 0 0 m的区域，沿着巷道的方向，采取“单体液压支柱+型钢长梁”的方法，提高支护能力,其棚距为90 0 mm,每排4 根单体液压支柱。型梁的长度为4 2 0 0 mm，第一个单体液压支柱与岩壁相隔300mm,第二个与岩壁相隔10 0 0 mm,第三个与岩壁相隔2000mm,三个单体液压立柱与岩壁保持一致的3 角。第四个单体水力支撑离顶板约4 0 0 0 mm，并在工作面上与工作面有3 的倾角。采用DW40-250/110X型单柱，单柱的初支撑压力不低于14.8 MPa。3沿空留巷矿压监测方案沿空留巷矿井压力监测的目的是发现并总结回采巷及沿空巷矿井压力的变化规律，及时采取相应措施，保证沿空留巷的正常运行，保证工作面的安全；通过分析不同采动条件下的矿压变化，得到煤层巷道的稳定状态，为沿空留巷支护的优化提供依据 2-4 1。3.1 矿压监测目的本项目拟采用现场观测的方法，对采场围岩的收敛性和变形进行实时监控，以揭示(或)探明采场围岩在开采和留巷期间对沿空巷道的矿压显现特征，为合理选择沿空留巷的临空加固支护区域奠定基础。本课题拟采用现场监测技术，研究采掘和留巷条件下，沿空巷道顶板和两侧壁面锚（索）工作阻力的动态变化，进而研究顶板和两侧壁面锚（索）工作阻力的动态变化,尤其是老顶来压步距和跨落的时间,从而为巷道支护结构的优化和设计提供理论依据。加强对顶板离层的监控，可以了解顶板离层的位置与移动情况,从而指导顶板锚杆、锚索的长度与直径的合理设计。3.2矿压监测站布置通过对111采场的现场观测，找出采场顶压的最大区域，为确定合适的支护参数，优化设计方案，需要精确掌握现场的情况。如下为各测量点的实际布置：第一测站：当开采到7 0 m时，设置第一组测量点。第二测站：当开采到150 m时，设置第二组测量点。第三测站：回采至采空区前方2 3 8 m时，设置第三组测站。第四测站：当开采到3 50 m时，设置第四组测量点。第五测站：在情况复杂的地区设置第五组测量点。4矿压监测结果分析为了对111 胶带巷沿空留巷的围岩收敛性变形和巷道的支护作用进行监控，111工作面回采时，在111胶带巷沿空留巷中按6 个模数布设1个测点，各测点采取交叉法测点和监控，周期为一周 。4.1巷道断面整体变形分析111采区胶带巷沿空留巷的横截面形状为长方形，其尺寸如下：宽度为550 0 mm，高度为3 50 0 mm；留巷断裂面：S=17.5m,对胶带巷的围岩收缩变形进行周期性观测，绘制出3 0 0 m以后留巷巷道的变形变化曲线,见图1。440 70 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260图1沿空留巷3 0 0 m后留巷巷道变形规律图由图1可以看出，在留巷滞后开采范围为2 0 140m时,巷道的应力逐渐出现；在留巷滞后开采范围为14 0 18 0 m时,应力基本达到最大值;在滞后开采范围为2 0 0 2 6 0 m以后，应力逐渐趋于平稳。从图1中可以看到,3 0 号柔性模壁处的测点是留巷的起始区段，变形最大，占据原区段的2.5%；以留巷中部为90 号柔性模壁的检测点，其变形占原来巷道剖面的2.3%；留巷末端以18 0 号柔性模壁为测试点，其变形为原巷道剖面的2.1%；留巷2 0 0 m后，煤层的整体变形均为2.3%，没有发生任何变化。4.2巷道断面顶底变形分析111工作面回采时,在胶带巷的沿空留巷中,从沿空留巷开始注浆砌筑，以6 个模架为1个测点，各测点采取“十字形”法，每星期对围岩的收敛性进行一次测定和监控。经过周期性观测，得到了井巷横截面上顶、底面的移动规律，见图2。底鼓量拉底量/图厂2080140202269336404467留巷距离/m图2巷道断面顶底移近规律图90号楼30号模180号棋留巷距商/m顶板下沉量54360567335由图2 可以看出，在111胶带巷中，从留巷的起始到留巷的6 7 3 m（落后工作面2 6 0 m），沿空留巷底部鼓胀的范围为2 6 0 7 3 0 mm；当留巷深度为3 4 0 m时，变形最大值为7 3 0 mm；12 18 胶带巷，从留巷起始到留巷673m（滞后工作面2 6 0 m），沿空留的顶板沉降范围为7 0 3 4 0 mm;360m留巷时，最大变形为3 4 0 mm。为解决留巷底鼓大的问题,在前、中、后阶段，对底鼓变形较大的区域进行提底，在提底完成后，剖面具备了二次开发条件。4.3巷道断面两帮变形分析从沿空留巷开挖起,在支护结构中，按6 个模板布设1个测点，各测点采取“十字形”法测点，一周一次进行测定和监控。对断面巷墙帮运动进行周期性的监测，得到了巷道断面巷墙的运动规律，见图3。6050扩帮量2080140202269336404留巷距离/m图3 巷道断面巷墙帮移近规律图由图3 可以看出，111号胶带巷的沿空留巷，从留巷起始到留巷6 7 3 m（落后回采面2 6 0 m），围岩巷宽的变形主要发生在2 7 0 550 mm之间的煤层中，而柔性模壁的变化并不显著。为解决煤层变形靠近的问题，留巷前、中、后均采取了扩大措施，扩大后的巷道剖面符合“二次利用 条件 5结语在黄陵煤矿某煤矿111工作面胶带巷沿空留巷工艺的基础上，应用柔模巷边沿空留巷工艺，科学合理地布置沿空留巷，优化沿空留巷的施工工艺，保证沿空留巷的稳定性与完整性,达到二次开发的目的。留巷段围岩巷的大变形特点是支护结构的底鼓和顶板塌落，前采面上的顶板沉陷很少，但顶板沉陷的幅度很大，尤其是在4 0 2 0 0 m的滞后回面上，占据顶板沉陷的3 4%左右；超前采场的底鼓不大，在滞后采场底的4 0 2 0 0 m出现，移近量约为顶、底板位移的6 6%。留巷段围岩两帮进水主要是固体煤帮进水，柔性模壁出水不显著,采场下煤帮的进水变化很大,尤其是在4 0 2 0 0 m之间,在顶、底板进水过程中所占的比例超过90%；造成这一现象是由于老顶向深处的煤层破裂，在老顶旋转沉降的大压力下，煤层发生了剧烈隆起。采用沿空留巷的方式，不留煤柱，提高了资源利用率,延长了矿山服务年限；对高瓦斯、煤与瓦斯突出煤矿,采用“Y”字形通风方式，可有效解决回风隅处的瓦斯聚集问题。该方式降低了巷道开采率,降低了空顶作业概率，降低了冒顶和片帮的发生概率。111工作面采用胶带巷柔性模板的沿空留工艺,取得了较好效果，留巷后未出现明显的压力显现，有效地控制了巷道的变形,为其他综放区采用“切顶卸帮鼓量压护巷”工艺提供了经验，值得借鉴。墙移量4467543605673参考文献：1邓晓刚,栾恒杰,刘建荣.切顶卸压沿空留巷围岩控制效果数值模拟研究 J.煤矿安全，2 0 2 1,52（0 9）：2 3 9-2 4 4.2崔计平.切顶卸压沿空留巷支护优化设计与应用J.机械管理开发,2 0 2 1,3 6(0 8)：4 8-4 9.3刘昊鹏.煤矿工作面切顶卸压自动成巷技术分析J.矿业装备,2 0 2 0(0 5:50-51.【4 王念红，刘战军，吕智勇.无煤柱沿空留巷方案设计及效果分析 J.山东煤炭科技,2 0 2 1,3 9（10)：8 1-8 3+9 5.5薛文涛.综放工作面沿空留巷采空区侧围岩控制技术 J.能源与环保,2 0 2 0,4 2(0 5):16 1-16 4.6刘耀蔚.沿空留巷坚硬顶板弱化研究与应用 J.能源技术与管理,2 0 2 0,4 5(0 2)：10 6-10 7.作者简介：雷雨龙（19 9 0-），男，陕西铜川人，硕士，助理工程师，从事矿井瓦斯防治技术研究工作。36