孤岛工作面过空巷安全技术研究.pdf

技术应用andNo.7,2023DevelopmentManagementMechanical2023年第7 期Total243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.107孤岛工作面过空巷安全技术研究申明明（霍州煤电晋北能化有限责任公司，山西静乐035100)摘要：以3 5 0 8 孤岛工作面过空巷为研究对象，针对采面开采范围内应力集中、空巷在采动影响下围岩控制困难等问题，提出采泵送支柱方式支护空巷。根据3 5 0 8 孤岛工作面现场情况，确保泵送支柱充填材料类型、支柱布置方案及充填工艺，并进行工程应用。现场应用后，采面在过空巷期间空巷围岩变形量较小，采面顶板及煤壁基本保持稳定，泵送支柱为采面安全过空巷创造了良好条件。关键词：孤岛工作面；采动压力；充填支柱；围岩控制中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(202307-0262-030引言煤炭开采过程揭露的与采面平行、斜交或者垂直布置的斜巷，给采面煤炭回采带来一定制约 1-2 。特别是采面为孤岛工作面时，采面开采范围内应力集中、开采引起的动压显现更为明显，极其容易导致空巷垮落。现阶段矿井普遍通过强化空巷围岩支护强度方式确保采面过空巷安全，具体措施包括人工搭设木垛、全空巷充填或者补打单体等方式，部分矿井甚至采用跳采过空巷方式 3-5 。在现场应用过程中，人工搭设木垛存在支护强度偏低，当空巷位于采动影响显著区时容易出现木垛压塌、压垮情况，同时采面液压支架也容易发生歪架、倒架等问题；使用单体支护时，会导致部分单体无法回收，导致资源浪费且当空巷底板为承载能力较差的软岩时，不仅单体在压力作用下出现钻底情况而且无法有效支撑空巷顶板；空巷全段充填方式虽然可满足围岩控制需要，但是存在施工成本过高、充填材料使用量大、过空巷期间产生大量废料等问题；跳采方式不仅耗时长而且会导致资源浪费 6 9。根据采面开采现场实际情况，选择一种合适的过空巷技术不仅可提升过空巷安全性以及推进速度，而且可降低过空巷成本。本文就以山西某矿3 5 0 8 孤岛工作面为例，分析采面过空巷时采取的安全技术，以期为矿井采面过空巷工作开展积累参考。1工程概况1.1地质概况山西某矿3 5 0 8 孤岛工作面位于南翼三盘区中部，开采5 号煤层，设计走向5 90 m、切眼长度18 0 m。采面回采的5 号煤厚3.0 m倾角1 9，埋深3 0 5 m，顶板为硬度4.4 的砂岩、底板为粗砂岩。采面东侧及西侧分别为开采完毕的3 5 0 6 及3 5 10 采空区，北侧为采区边界，南侧为采区集中运输、轨道机回风巷。3 5 0 8孤岛工作面采用U型通风方式，设计的回采巷道净宽4.5 m、净高3.0 m，采用锚网索支护方式。1.2空巷概况在3 5 0 8 孤岛工作面开采范围内存在一条与切眼平行的空巷，该空巷沿着5 号煤层顶板掘进，矩形断面，空巷全长18 0 m、净宽4.0 m、净高3.0 m，采用锚网索支护方式，全断面铺设金属网，具体支护断面如图1所示，巷道支护参数如表1所示。由于3 5 0 8 采面工作面为孤岛工作面，采面开采范围内存在一定程度应力集中，空巷在围岩应力及采动压力等作用下原有支护体系容易失效，导致围岩垮落，给采面回采带来一定安全风险。锚索使用=17.8 mm长度7 3 0 0 mm，锚索施工要求必须锚人岩石2 m，托锚杆采用=20mm的左旋无纵筋板采用规格3 0 0 mm300mm16mm螺纹锚杆锚固方式采用全锚固y（长宽厚）的铁托板顶板采用矿用W型钢带，规格220mm4mm3600mm（宽厚长）3501300135050d.100dl1000.1000l500护帮锚杆采用d=18mm200001长度1.7 m的端头0093600-锚固型锚杆000830014.000图1空空巷支护参数（单位：mm）表1空巷围岩支护参数位置支护材料规格/mm布置间排距/mm布置数量/根锚杆202 0001000、10 0 04顶板锚索17.8 7 3001300.2.6002W钢带220 3 600 41000巷帮锚杆18 1 7001100.100022过空巷安全技术措施实现空巷加固是确保采面安全过空巷关键。若采用单体或者木垛方式，不同程度存在资源浪费、支护强度不足等问题；采用全巷充填方式，虽可满足空巷围岩加固需要，但是耗时长且支护费用高，经济性不佳且无法满足3 5 0 8 孤岛工作面高效推进需要。由于收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 5作者简介：申明明（198 4 一），男，山西垣曲人，毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，现为工程师。.263.申明明：孤岛工作面过空巷安全技术研究2023年第7 期3508孤岛工作面开采的5 号煤层埋深平均3 0 5 m，埋深相对较浅、地应力不显示，空巷支护体系需要应对围岩应力及采动压力影响。本文就结合以往研究成果以及其他矿井类似情况空巷支护体系，提出采用充填支柱对空巷进行加固。2.1充填支柱材料性能在空巷内布置的充填支柱主要起到维护空巷顶板稳定作用，结合其他矿井过空巷时泵送支护材料，在3 5 0 8 孤岛工作面充填支柱内材料为双液充填材料，该材料具有早强、速凝优点，胶结强度以及凝结时间等可依据现场需要调节。充填材料部分优点为：1)材料单独存储时，6 h内不会沉淀、沁水；2)材料混合后，5 min之内即失去流动性、5 15min内即可完全固化；3)材料在（0.5 2）：1范围内水灰质量比可调节且浆液结石率均为10 0%；4)浆液完全混合2 h后抗压强度即可达到8 15MPa。具体不同水灰质量比条件下双液充填材料在抗压强度变化情况如表2 所示。根据现场需要，将双液充填材料水灰质量比确定为1.1：1。表2不同水灰质量比条件下双液充填材料在抗压强度变化抗拉强度/MPa水灰质量比2h4h24h72h7d14d0.6:116.220.521.622.522.923.50.8:112.713.514.714.615.817.81.1:19.510.311.211.712.615.71.5:17.58.39.310.811.313.62.2充填支护布置方式超前3 5 0 8 孤岛工作面3 0 0 m以外即使用泵送支柱对空巷顶板进行支护，根据现场情况在空巷内设计2排支柱，支柱直径均为8 0 0 mm，支护高度与巷道高度一致。两排支护与巷帮间距10 0 0 mm、两排支柱排距为2 0 0 0 mm、支柱间间距为2 0 0 0 mm，两排支柱布置呈三花眼形式，具体泵送支柱布置情况如图2所示。泵送充填支柱充填时使用的设备有注浆泵、搅拌机（高速及低速）、水箱等。具体充填系统结构组成如图3 所示。采用的注浆泵充填能力为6.0 m/h，预计耗3508孤岛工作面000200000022000000T800图2泵送支柱布置示意图（单位：mm）进水管气管300搅拌杆1000L30b1定容水箱充填泵电机充填支柱压缩量300搅拌杆开30kO0OL定容水箱电机图3充填系统结构组成示意图时3 0 d即可实现整个空巷充填。2.3空巷围岩控制效果空巷泵送支柱施工完成后现场情况如图4 所示。在空巷内布置测点对采面回采时空巷围岩变形量进行监测，结果如图5 所示。随采面与空巷间距不断缩小，空巷围岩变形均呈先增加后稳定趋势。当采面与空巷间距为2 5 m时，空巷内顶底板及巷帮变形量不断增大；当采面与空巷间距为10 m时，空巷顶底板最大位移量为3 95 mm、巷帮收敛量为197 mm；随采面与空巷间距不断缩小，空巷围岩变形量虽继续增大但是增加速度缓慢。表明采用泵送充填支柱方式可实现空巷围岩变形有效控制。图4泵送支柱施工完成后现场450一顶底板移近量400一两帮移近量350/30025020015010050110一036912151821242730工作面距空巷距离/m图5空巷围岩变形量在采面回采过空巷期间，顶板始终稳定，仅在靠近空巷2 0 m以内出现深度3 5 0 mm的片帮问题，片帮不会影响采面生产。在采面揭露空巷后，空巷顶板有一定下沉，但是空巷支护体系仍可稳定，确保空巷围岩稳定。在过空巷期间，空巷内泵送支柱始终保持稳定，未出现倾倒、失稳等问题。(编辑：王婧）上接第2 6 1页（编辑：李俊慧）264第3 8 卷机械管理开发3结论1)3508孤岛工作面回采的5 号煤层埋深均值305m，采面开采期间地应力显现不明显，但是由于采面为孤岛工作面,开采动压影响较为显著。为确保采面过空巷安全，依据现场情况提出采用泵送支柱方式支护强化空巷围岩支护。2)根据现场需要，泵送支柱选用双液充填材料，该充填材料具备胶结时间以及抗压强度可调等优点，混合胶结后材料抗压强度可达到8 15 MPa；在空巷内布置2 排充填支柱，支柱直径8 0 0 mm，排距2 0 0 0mm、间距3 0 0 0 mm。3)现场应用后，采面在过空巷期时充填支柱始终稳定，空巷围岩变形量虽然在采动影响下围岩变形量有所增大但变形量在允许范围内；采面在过空巷期间顶板始终保持稳定，仅煤壁出现小范围片帮情况，片帮深度在3 0 0 mm以内。3 5 0 8 孤岛工作面采用泵送支护对空巷进行支护，支护体系可确保空巷围岩稳定。参考文献1张卫兵.3-边角0 5 工作面过空巷期间的安全技术研究 J.能源与节能,2 0 2 2(2)：8 0-8 2.2胡振华.回采工作面过空巷安全技术研究 .自动化应用，2 0 2 0(7):171-172.3王延年.王庄煤矿6 2 12 煤柱工作面过空巷围岩控制技术 J.煤，2019,28(11):39-40;49.4刘锐.小头窑煤矿综采面过空巷技术及其应用.山西能源学院学报,2 0 18,3 1(4):12-14.5张泽亮.综采工作面过断层及空巷期间安全技术分析 J.能源与节能,2 0 17(7):13 3-13 4.6徐云波.综采工作面过空巷技术研究 J.山东工业技术，2 0 16(2 3)：230.7王大鹏，刘前进沙坪煤矿8 号上煤极近距离跨空巷回采技术J.煤矿安全，2 0 16,4 7(11)：14 6-14 9.8张德宝.马营煤矿复采工作面过老空巷矿压显现特征及关键技术研究 D.阜新：辽宁工程技术大学，2 0 15.9赵慧波.孤岛工作面过空巷采用充填技术实现安全回采研究与实践 J.中小企业管理与科技（下旬刊），2 0 12（8）：15 6-15 7.Study on the Safety Technology of Crossing Empty Lanes at Isolated Working FacesShen Mingming(Huozhou Coal Power Jinbei Energy&Chemical Co.,Ltd.,Jingle Shanxi 035100,China)Abstract:Taking 3508 isolated island working face over hollow lane as the research object,in view of the stress concentration within themining area of the mining face and the dificulties in controlling the surrounding rock in the hollow lane under the influence of miningmovement,the pumping pillar method is proposed to support the hollow lane.According to the site condition of 3508 isolated face,the typeof pumping pillar filling material,pillar arrangement scheme and flling process were ensured and applied in the project.After theapplication,the deformation of the surrounding rocks of the openings during the crossing of the openings was small,and the roof and coalwall of the mining face were basically stable.Key words:isolated working face;mining pressure;flling pillar;surrounding rock control捕捉到我们关注的故障特征，采用多轨制采集策略可同时满足报警实时监控和精密诊断的数据要求并精准捕捉设备异常振动信号，通过自适应采集策略的配置，可最大程度避免无效数据采集，提升设备监测质量和效率。参考文献1靳鹏飞.设备状态在线监测与预测性维护技术应用实践 .电子质量,2 0 2 2(1):7 6-7 8.2许子非，金江涛，李春.基于多尺度卷积神经网络的滚动轴承故障诊断方法 J.振动与冲击，2 0 2 1，4 0（18）：2 12-2 2 0.Research and Application of Vibration Signal Acquisition Technology for Dynamic RotatingEquipment in Iron and Steel EnterprisesFeng Jie,Ma Liubin,Fan Xiaojun,Liang Xiaofeng,Wang Xin,He Yingfeng(Taiyuan Iron&Steal(Group)Electric Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003,China)Abstract:Dynamic rotating equipment is the most widely used key equipment in iron and steel enterprises.At present,vibration analysis isone of the optimal means to monitor dynamic rotating equipment,and with the arrival of the digital era,the vibration signals collected bythe monitoring platform are growing exponentially.According to the operating conditions of the steel enterprises,the dynamic rotatingequipment is divided into constant speed and constant load equipment and variable speed and variable load equipment,different vibrationsensors are selected according to the requirements of the operating conditions and working environment,a multi-track acquisition strategy isestablished,the measurement definition is optimally configured taking into account the technical and economic aspects,and an intelligentacquisition strategy is developed to achieve accurate capture of abnormal vibration signals of the equipment,avoid invalid data collection tothe greatest extent,and improve the quality and efficiency of equipment monitoring.Key words:vibration sensors;signal acquisition;acquisition strategy;vibration analysis