店坪煤矿9-205运输顺槽留巷工艺应用实践.pdf

20江西煤炭科技2023年第3 期店坪煤矿9-2 0 5运输顺槽留巷工艺应用实践赵永平（山西焦煤霍州煤电店坪煤矿，山西吕梁0 3 3 199）摘要：为进一步提高店坪煤矿9#煤巷道利用率、煤炭采出率，以9-2 0 5工作面为背景，综合运用工程类比、数值模拟、矿压监测等手段，对9-2 0 5运输顺槽进行留巷支护方案设计，模拟分析留巷阶段围岩破坏特征，矿压监测考察留巷支护效果。研究表明：9-2 0 5运输顺槽在原有“锚杆+锚索+锚网+托梁支护”的基础上，采用“单体液压支柱+工字钢棚”留巷支护，顶板下沉量约为3 3.1cm，底板底鼓量约2 2.8 cm，应用效果良好。关键词：无煤柱；沿空留巷；架棚；单体液压支柱；数值模拟中图分类号：TD322+.2Technical Application of Roadway Retaining in 9-205 Conveyor Gateway in Dianping Colliery(Dianping Colliery,Huozhou Coal&Electricity Group Co.,Ltd.,Lvliang,Shanxi 033199)Abstract:In order to improve the utilization and recovery rate of No.9 coal roadway in Dianping Colliery,the author presentsthe retaining roadway support scheme by means of engineering analogy,numerical simulation of the surrounding rock failurecharacteristics during the roadway retaining stage and mine pressure monitoring to investigate the support effect of the roadwayretaining at 9-205 working face,whose application research shows that the roof subsidence is about 33.1 cm and the floor heaveis about 22.8 cm with good application effect after the application of single-hydraulic-prop-and I-beam shed roadway retainingsupport on the basis of the original bolt-mesh-cable-joist support.Key words:no pillar;gob-side entry retaining;scaffolding;single hydraulic prop;numerical simulation1工程概况霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿9-2 0 5工作面位于南岭上村的南边，闫家山村的北边。从西向东依次穿过东窄梁、南咀沟、徒条珑、小沟里、闫家沟、柏林梁，徒条城顶部有少量耕地，属丘陵梯田，其余为坡地；最低处位于闫家沟，标高为+10 90 m分布有季节性河流，平时干阔，雨季沟内可能有短暂洪流；最高处位于柏林梁，标高为+12 0 6 m。地表有两条通往闫家山村的山村路和两趟高压线路。9-2 0 5工作面位于8 3 0水平二采区东翼，工作面西为8 3 0 采区，东为井田边界，南与9-2 0 3 工作面（已回采）相邻，北面与9-207工作面（已圈出）相邻。9-2 0 5工作面上部为实体煤，主要可采煤层为5#煤层，5#煤层距9#煤层556 4m，故不受相邻和上部采空区积水威胁；9煤层位于太原组中部，颜色为黑色，条痕为黑色,玻璃光泽,硬度为3,有一定韧性,参差状、阶梯状断口。工作面范围内煤体结构较稳定，含有1文献标识码：AZhao Yongping4层夹研，夹研为砂质泥岩，夹研总厚度为0.2 0.35m，均厚0.2 5m。9#煤层厚度较稳定，工9-2 0 5作面揭露煤层厚度为2.43.2 m，均厚3.0 m。工作面直接顶为均厚1.9 m砂质泥岩，老顶为均厚16.24m的中砂岩，店坪煤矿9#煤层二采区回采工作面原设计采用小煤柱沿空掘巷布置，区段煤柱宽度为6 9m。根据现场工况及工作面矿压特征，9-205工作面地质条件良好，为进一步提高巷道利用率，缓解矿井采掘接替紧张的问题，设计将9-205运输顺槽留巷作为9-2 0 7 运输顺槽使用，本文以此为背景，对9-2 0 5运输顺槽巷道支护展开相关研究如图1所示。回区上运9-2 0 7 回风顺槽出9-207运输顺槽9-205运输顺槽9-205回风顺槽文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 0 2 0-0 39-203采空区图1采掘工程平面9-207工作面9-205工作面2023年第3 期29-205运输顺槽掘巷支护店坪煤矿9-2 0 5工作面运输巷总长度为13 7 3 m，采用锚、网、索、梁支护，矩形断面宽、高=2.8 m、2.0m，支护参数：顶部选用20mm2200mm左旋螺纹钢高强锚杆，间排距8 0 0 mm；每2.4m布置一组17.8mm6300mm锚索，一组两根，间距1.2m；采用金属铁丝网护顶，网片规格为3200mm1200mm金属经纬网，网格50 mm50mm，连接方式为对接，用双股16 铁丝隔孔相连、针针相压，绑丝扭结不少于2.5圈。两帮选用江西煤炭科技止其钻底，不铺设金属网，支护后如图2 所示。金属网211.200m8002100mm道中心线20mm2200mm左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆间距10 0 mm、排距8 0 0 mm，每侧两根，所有锚杆配套2800mn.使用阻尼垫圈和调心球型垫。网片规格：内、外侧两帮均采用塑料网护帮，网片规格为150 0 mm1200mm、网格50 mm50mm。用双股16#铁丝隔孔相连、针针相压，绑丝扭结不少于2.5圈。39-205运输顺槽留巷支护方案设计根据邻近矿井木瓜煤矿9#煤沿空留巷开采经验1-3 ,结合店坪煤矿9-2 0 5工作面顺槽原有支护实际，本设计确定9-2 0 5运输顺槽在原有“锚杆+锚索+锚网+托梁支护”的基础上，设计“单体液压支柱+工字钢棚”的沿空留巷工艺。3.1超前段临时支护超前段补强支护采用架棚工艺，材料选用11#矿用工字钢，两腿一梁构成梯形工字钢棚，棚腿末端焊上一块矩形钢板增大受力面积，防止其钻底，棚腿与底板的夹角为8 0，并插在坚实的底板中。棚与棚之间采用背板和撑木连接，背板防止碎研石下落，撑木是增加支架的稳定性，顶板破碎时，顶梁上部横穿半圆木，超前支护距离不少于2 0 m；超前单体支柱使用好防倒绳并穿“铁鞋”。3.2留巷段架棚+铺网支护留巷段采用“单体液压支柱+工字钢棚”支护工艺。9-2 0 5回采工作面一侧单体柱排距40 0 m，交替顶在工字钢棚顶梁上，未顶到工字钢梁上的单体柱配套进行带帽和穿木鞋防止其漏顶和钻底，顶在工字钢梁的单体柱穿木鞋防止其钻底。为避免采空区破碎石滚入巷道，在回采侧加铺金属网，网片由直径4mm圆钢焊制，矩形网孔规格为100mm100mm。靠近9-2 0 7 工作面一侧,单体柱布置排距为8 0 0 mm，均顶在工字钢梁上,穿木鞋防(a)支护断面铰接顶梁及木帽方木研石400mm单体液压支柱(b)回采侧挡研布置图2 挡研网布置3.3滞后支护滞后回采工作面约50 m，开始回撤采空区侧工字钢棚之间的单体支柱，滞后工作面10 0 150 m，待围岩稳定后，回撤工字钢棚顶梁下方的两根单体液压支柱。4沿空留巷数值模拟分析为验证店坪煤矿9-2 0 5运输顺槽留巷支护的可行性，采用FLAC3D软件进行模拟分析4-5,综合考虑各方面因素，建立数值模型如图3（a)所示，9-205运输顺槽留巷支护方案如图3(b)所示。(a)数值模型金属网222012ItasFLAC3D5.00caConsultingGroup,Inc.2018/8/2 17:06:58Step.11781CoutourOrZ-Displacement.4640E-031.0000E-0100E+00OE正00001.4000E-00001.5358E+005000E-00FLAC3D5.00e2012 tascaConsultingGroup,Inc.2018/8/2.17:09:23Step11781CableStress1.2779E-040.0000E+002.0000E-070000E-07OE+0EE江西煤炭科技得，9-2 0 5运输顺槽留巷阶段围岩变形量在合理范围内，锚杆、锚索载荷均在其自身承载范围内，说明所设计的留巷支护方案支护性能良好，能够有效控制围岩的过度变形，具有可行性。5应用效果分析5.1石矿压监测为考察9-2 0 5运输顺槽沿空留巷效果，留巷初(b)巷道支护效果期设置测站监测其围岩变形量，所得结果如图5所图3 数值模型及支护方案示，超前工作面约40 m，围岩开始发生位移变形，滞后工作面约8 0 m后，巷道表面变形量基本不再增大，围岩基本稳定，顶板下沉量约为3 3.1cm,底板底鼓量约2 2.8 cm，留巷后断面收敛量在设计合理范围内，经过简单修复后可以满足使用要求。35-30-25-20-(Wo)(a)垂直位移10-50-90-80-70-60-50-40-30-20-1001020304050602023年第3 期顶板下沉量底鼓量距工作面位置（m）E6000E+0000E+B000E2.0276E+08图4围岩受力及锚杆、锚索载荷模拟结果根据对沿空留巷支护模型情况进行顶底板垂直位移分析如图4(a)所示，顶板下沉量从煤帮侧向采空区侧逐渐增加，下沉范围为0 3 0 0 mm;底鼓量约为0 2 0 0 mm，围岩变形量在合理范围内。如图4(b)所示对顶板锚杆、锚索应力情况进行分析，顶板锚索受到拉应力的影响，最大拉应力为160MPa,拉应力大小由顶板向上逐渐增大；顶板锚杆受到的应力大小差别较大，煤帮侧的3 根锚杆受到的最大应力达到40 6 0 MPa，采空区侧1根锚杆由于受到采空区垮落的影响，最大应力达到200MPa;顶板支护所用左旋螺纹钢锚杆屈服载荷为40 0 MPa，钢绞线锚索屈服载荷为3 50 MPa，锚杆、锚索受力均未超出其极限载荷。综上分析可图5留巷阶段围岩变形量实测结果5.2经济效益分析店坪煤矿9-2 0 5运输顺槽沿空留巷巷道每米成本计算如表1所示。表1沿空留巷巷道每米费用序号项目费用/元棚高2 m，棚距8 0 0 mm,棚腿2 mX(b)锚杆、锚索拉力12345单体液压支柱806风钻及配件7人工费用后期修复8及材料费废旧钢棚9回收利润费用合计1060备注工字钢200金属网50钢绞线300木楔6020260100-102.02m，工字钢棚制作费用减去其回收部分的费用4mm圆钢焊制的方格网（长宽=1.8 mX0.9 m),网格 0.1 mX0.1 m锚索长度为6 m,直径为15.2 4mm,间排距为1 2 0 0 mm2000mm每棚6 块超前支护单体，滞后支护单体，备用单体风钻头、锚索杆等暂定6 人，综掘按照月推进度按照12 0 m计算巷道变形严重则进行修复，否则不考虑修复(下转2 5页）2023年第3 期的地面上也能达到平衡的状态，进一步提高支撑稳定性。2)钢棚润滑海绵能够将润滑油盒体中的润滑油均匀涂覆在升降结构的丝杆表面，从而减少丝杆的磨损，延长升降结构的使用寿命。3)钢棚中润滑油盒体的底端为倾斜结构,从而能够使润滑油盒体中的润滑油最大程度地进入润滑海绵中，避免润滑油少量残存在润滑油盒体中，造成润滑油浪费。4)注油口的进油端设有软塞，不影响注油口正常注油操作，并能够实现注油口的密封，从而避免润滑油漏出的同时防止灰尘通过注油口进入润滑油盒体中，起到保持润滑油盒体中润滑油的洁净度的作用。实际应用情况如下：自2 0 2 1年8 月对3 0 3 1巷断层带应力区支护进行优化改进，采用调节支护棚支护代替工字钢梁锚索棚支护。钢棚支护间距为2.0m，共计架设40 架钢棚。通过实际应用效果来看，钢棚架设完成后大大提高了断层带应力区巷道围岩支护强度，未出现钢棚变形、倒架现象，支护后巷道顶板下沉量控制在0.15m以下。6结语对3 0 3 1巷断层带应力区采用调节支护棚支护江西煤炭科技后，从实际应用效果来看，与原工字钢棚支护相比，可调节支护棚支护断面大、支护强度高且具有很好地让压效果，在大应力围岩中支护时变形率低,还可二次回收利用，降低了支护成本费用；而且钢棚在支护过程中劳动强度低，支护工序简单，降低了劳动作业强度,取得了显著应用成效。参考文献：1 孙军权.掘进巷道应力区围岩支护技术应用J.太原：机械管理开发，2 0 2 1(8)：10 7-10 9.2王鑫.煤矿构造应力区巷道支护技术研究 .江西煤炭科技,2 0 2 2(1):19-2 1.3闫春来.千米深井高构造应力区巷道支护体系优化研究J.山东煤炭科技,2 0 2 1（11)：8 3-8 4,8 7.4李承军.高应力区巷道围岩加固与压力转移支护技术研究与实践J.徐州：能源技术与管理，2 0 13(5)：3 7-3 8.5张国仓.构造应力区巷道锚杆支护技术探析J.郑州：中州煤炭,2 0 13(6)：150-151.作者简介：张晓飞（198 7 一），男，山西霍州人，2 0 16 年毕业于山西大同大学采矿工程专业，工程师，现从事煤矿安全管理工作。收稿日期：2 0 2 2-0 7-1525编辑：李永华(上接2 2 页）店坪煤矿9 煤层巷道沿底板布置，掘进单价为930元/m，假设原工作面布置设计区段煤柱为6 m，煤层厚度为3 m，容重为1.45t/m,则每米可多采出煤炭资源约为2 6.1t，吨煤效益约为150 元，产生的效益为3 9 15元，采用沿空留巷工艺时每米巷道产生的效益为多采掘煤炭的效益+掘进费用-留巷费用，计算得到为3 7 8 5元，9-2 0 5运输顺槽共留巷1373m，共多产生效益为519.7 万元。6结语参照邻近木瓜煤矿沿空留巷支护技术，设计店坪煤矿9-2 0 5运输顺槽在原有锚杆+锚索+锚网+托梁支护”的基础上，采用“单体液压支柱+工字钢棚”沿空留巷工艺。通过数值模拟分析表明，留巷期间底板有底鼓主要集中在巷道底板中部位置，顶板下沉量从煤帮侧向采空区侧逐渐增加，下沉量范围为0 3 0 0 mm；底鼓量约为0 2 0 0 mm，顶板锚索最大拉应力为16 0 MPa，顶板锚杆最大拉应力达到2 0 0 MPa，均小于其屈服破坏载荷，说明沿空留巷方案是可行的；工程实践阶段矿压监测结果表明，顶板下沉量约为3 3.1cm，底板底鼓量约2 2.8 cm，留巷方案围岩控制效果良好，总经济效益达519.7 万元，取得了良好的经济效益。参考文献：1】唐耀伟.综放工作面小煤柱沿空掘巷支护技术应用分析J.江西煤炭科技,2 0 2 2(2)：7-9.2】马智宇.综采工作面切顶卸压沿空成巷开采技术探讨J.江西煤炭科技，2 0 2 2(2)：10-11,14.3】胡智平.综采面沿空留巷采空侧切顶卸压技术应用分析J.江西煤炭科技，2 0 2 2（2：3 3-3 4,3 7.4】王金涛.辛安煤矿112 12-1运煤巷沿空留巷实践J.徐州：能源技术与管理,2 0 2 2,47(1)：7 1-7 3.5康红普，张晓，王东攀，等.无煤柱开采围岩控制技术及应用J.北京：煤炭学报，2 0 2 2,47（1）：16-44.作者简介：赵永平（198 8 一），男，山西柳林人，2 0 13 年毕业于太原理工大学采矿工程专业，采矿工程师，现从事采掘管理技术工作，研究方向：回采工作面及两巷支护研究、沿空留巷支护研究、切顶卸压开采技术。收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 8编辑：黄敏辉