（极）近距离煤层群上行开采巷道布置分析.pdf

为探究近距离煤层群的高效率开采路径，结合某煤矿的近距离煤层群的实际情况，从回采巷道布置、开采顺序和支护方案三个角度同时着手，对上行开采模式在近距离煤层群中的应用进行了较为详细的探讨。在此基础上，对本次建立的上行开采方案的相关指标进行现场测试分析，根据分析结果，为后续的方案优化提供建议，确保上行开采方案具有更高的可行性。关键词：煤层群；上行开采；巷道布置中图分类号：TD3530引言当前很多煤矿矿井中，随着深度开采工作的进行,易于开采的煤层基本采空，主采煤层也随之变为较薄煤层，而这些较薄煤层通常以煤层群的方式分布。以往对于这些较薄煤层群的开采，多采用下行式开采，但如煤层开采区域顶板裂隙较为明显则容易引发安全风险问题，此时则需要采用上行式开采 1-2 1。为此，应当结合实际情况，对上行开采工作及其巷道布置模式的优化做进一步研究。1项目概况某煤矿开采区域内为典型的较薄煤层群分布，该区域可采煤层分为三层，分别编号为C19、C 2 0 和C24。整体来看，各个煤层均较为稳定，厚度为1.0 1.2m不等，各煤层倾角均为1 5，均为局部可采。当前，该矿井主要针对C19和C20两个煤层进行回采作业，机巷设计图如图1 所示。2.7502.450600600风筒0097OSL概括而言,该矿井的工作面回采工艺为走向长壁后退式采煤法，主要分为以下几部分：采用双滚筒落煤方式,进刀方式为端部斜切进刀，滚筒截深为0.6 m，循环落煤进度为0.6 m；采用装煤机械和人工的方式收稿日期：2 0 2 2-1 0-2 6作者简介：冯万里，男，1 9 8 1 年出生，毕业于中国矿业大学，本科，采煤工程师，研究方向为采矿工程。山西化工Shanxi Chemical Industry（极）近距离煤层群上行开采巷道布置分析冯万里（西山煤电集团东曲煤矿，山西太原0 3 0 2 0 0)文献标识码：A相结合进行装煤；采用输送机进行运煤作业；应用液压支架和支护面顶板进行支护；针对采空区域，应用自然垮落法进行处理 3。2上行开采方案布置及分析2.1回采巷道布置在回采巷道布置环节，技术人员应用FLAC3D软件对开采区域的应力情况进行分析,基于分段积分方法，求解均布载荷在半无限体中的垂直应力分布，而后使用MATLAB软件对应力系数分布情况进行分析，分析结果如图2 所示。050100三傲1 50200250300-140-120-100-80-60-40-20020406080聚氨酯网木材撑木监测线电线风水管OSO0083 0003300图1 机巷设计图（单位：mm）Total 216No.11,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.11.054文章编号：1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)1 1-0 1 3 8-0 3图2 附加垂直应力系数分布情况由图2 可知，附加垂直应力系数的分布呈现“泡状”,垂直应力随着埋深的增加而非线性减小,同时可见该区域存在较为明显的应力集中。结合实际经验可知，巷道上一煤层采空后也容易形成高应力集中区域，因此为避免出现安全风险，其关键则在于避免高应力集中区的叠加。结合以上条件,最终确定采用平错式布置方案，其示意图如图3 所示。12图3 平错式布置方案示意图由图3 可知，在这种布置方案下，1 号和2 号两个主要巷道错开布置，这种布置方式的优点在于，上层煤柱开采的应力对于2 号巷道几乎不存在影响,因此也不需要进行煤柱留设，有效提升了煤炭资源开采效率。81614120806水平距离/m262292023年第1 1 期2.2规划开采顺序为避免各个煤层群的开采之间存在过多影响，在本环节的研究中,应用比值判别法对开采顺序进行规划，在该方法中,应用相邻煤层的层间距与下煤层采高两个数值做除法运算，得到一个系数，据此判断开采模式。根据前期勘查资料可知，在该矿井中,C19与C20两个煤层的层间距为3 m，采高为1.4mC20和C24两个煤层的层间距为1 0 m,采高为1.4m。将其代入上述运算方法中，得出两个系数分别为2.1 和7.1，根据以往研究经验可知，由于两个系数均小于临界值7.5，应优先采用煤层下行式开采。但从现场经验来看，以往对类似情况进行下行式开采后，工作面、采空区和机巷内均存在严重积水现象,对安全和效率均造成严重制约。结合分析结果和实际情况，最终确定开采顺序如下：对不同煤层间进行下行式开采，同一煤层区段使用上行开采。2.3支护方案设计为保证留巷效果，技术人员对巷旁支护方案进行研究，综合考虑支护体强度、施工可行性和经济成本等多方面因素后,采用研石袋宽幅支挡隔离技术进行支护方案设计。在该技术模式下,采用研石和双头螺纹式锚杆,并辅以钢带和钢筋梯子梁等材料进行支护作业。研石采用矿井现场掘进过程中产生的废弃材料，经过粉碎后采用0.8 m规格的编织袋进行装袋，装袋长度控制为0.6 m,封紧袋口后,进行规则的堆码和锚固。3现场矿压观测及分析3.1该矿井C19煤层巷道变形观测结果为检验本次巷道布置方案的可靠性，本环节采用激光断面仪对该巷道进行断面扫描，扫描结果应用专业计算机软件进行分析处理。根据工作面的实际位置,共计选择3 个位置进行扫描，根据扫描结果判断，三个断面分别位于未受影响区，影响较弱区和超前支持应力影响强烈区 5,断面收缩率分别为0.0 5、0.2 8和0.3 2。整体来看，C19煤层巷道的主要问题在于超前支持应力影响强烈区，该区域内的巷道变形情况较为突出，从断面扫描处理图(图4)来看,其形状已及其不规整，为规避上述问题，应当将超前加密支护部分予以增强处理，同时增大超前支护的距离。图4断面扫描处理图冯万里：（极)近距离煤层群上行开采巷道布置分析分为以下几个部分。1)对超前支撑压力影响区断面的测量分析,分析结果显示,该区域巷道收缩率为0.0 6,几乎不存在变形情况,也基本不存在集中应力影响。2)对1 1 9 6 工作面采空区下方断面进行分析,分析结果显示,该区域部分存在积水,导致巷道出现约150mm的底鼓,但两帮基本无收敛,据此预测在开采过程中,超前支持压力对C24煤层不会产生明显影响。3)对1 1 9 6 工作面采空区与该区段的煤柱交界处断面进行分析，分析结果显示,该断面巷道顶板出现约1 50 mm的下沉,存在两帮收敛约1 0 0 mm，且出现约2 7 0 mm的底鼓。经过初步分析,其主要原因是由于煤柱附近的集中应力影响所致。4)对1 1 9 6 工作面所留煤柱下方断层情况进行分析,分析显示,该部位出现近8 m的断层,并出现大面积垮落，垮落高度约为2 0 0 mm,整体变形情况较为严重，与断层发育不无关联，仍需采用加强支护措施予以解决。3.3该矿井C24底抽巷断面变形监测为进一步了解C19煤层开采如何影响C24煤层断面变形情况,在本环节中,结合施工图纸,在该区域的编号1 1 46 机巷中布置三个监测断面，每个断面距离为3 0 m,能够实现对1 6 0 m区段的监测,主要监测内容如表1 所示。表1 主要监测内容序号项目1巷道变形量2锚索托锚力3锚杆托锚力4顶板离层监测据此对相关参数进行监测，得出如下监测结果：1)巷道顶板压力存在明显上升，最大值约为14.2MPa,推测是由于上覆岩层垮落所引起，但在推过1 1 0 6 工作面后基本保持稳定。2)工作面在回采过程中，顶板最大离层值为45mm,且顶底板最大移进量约为1 0 0 mm,证明引起断面变形的主要原因是底鼓，为解决此问题,应当引人巷道排水措施加以解决。4结语本次结合近距离煤层开采的实际情况，从回采巷道布置、开采顺序和支护方案三个角度同时着手，对上行开采模式在近距离煤层群中的应用进行了较为详细的探讨,并应用理论与实践相结合的方式,对上139.3.2该矿井C24煤层底抽巷测量结果针对C24煤层的测量仍采用激光扫描仪进行测量，重点对该区域的1 1 9 6 工作面进行测量，测量结果测量顶底移近和两帮收敛数值测量锚索与围岩的相互作用测量锚杆与围岩的相互作用测量围岩位移变化情况内容山西化工第43 卷行开采过程中的主要指标参数进行分析,根据分析结果对后续的工作提出相应建议。总而言之，上行开采方案较为可行，但在后续工作中仍有待于进一步优化改进。参考文献【1 】刘润，袁文华，洪可，等.近距离煤层上行开采被保护层回采巷道支护技术研究 J.建井技术，2 0 2 2,43(4)：1-6.Analysis on the Layout of Upward Mining Tunnels in(Extremely)Close Range Coal Seam(Xishan Coal Electricity Group Dongqu Coal Mine,Taiyuan Shanxi 030200,China)Abstract:In order to explore the efficient mining path of the close range coal seam group,combined with the actual situation of a certaincoal mines close range coal seam group,a detailed discussion was conducted on the application of the upward mining mode in the closerange coal seam group from three perspectives:mining roadway layout,mining sequence,and support plan.On this basis,on-site testingand analysis of the relevant indicators of the established upstream mining plan will be conducted.Based on the analysis results,suggestionswill be provided for subsequent optimization of the plan to ensure that the upstream mining plan has higher feasibility.Key words:coal seam group;upward mining;tunnel layout(上接第1 3 7 页）影响除尘效果的主要因素，采煤机所布置喷嘴形成的喷雾应覆盖截割头，液压支架所布置的喷嘴应从竖直方向阻断粉尘的扩散，转载机破碎机等定点喷嘴的喷雾应针对产尘源进行布置，大巷所布置喷嘴形成的喷雾应覆盖巷道横截面积以实现高效除尘；目前,直射喷嘴、螺旋喷嘴、十字导水芯式喷嘴及平射喷嘴是矿井除尘常用的压力雾化喷嘴，不同类型喷嘴将影响喷嘴出口雾滴圆柱段的长度及雾滴粒径、均匀度、速度等参数,从而影响喷雾除尘的效率,具体的喷嘴选型应根据高压喷雾系统安装位置处的粉尘颗粒直径、产尘特点等进行调整，以达到最优除尘效果。4结论阐述煤矿井工开采粉尘的主要来源及危害,并对高压喷雾、低压喷雾及常压喷雾技术的区别进行叙述，将高压喷雾除尘机理概括为惯性碰撞捕集、重力Analysis on Mechanism of High Pressure Spray Dust Removal and Influencing Factors of Dust(1.Jinneng Holding Coal Industry Group Yongdingzhuang Coal Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037024,China;2.Key Laboratory of In-situ Property-improving Mining of Ministry of Education,Taiyuan University ofAbstract:Spray dust removal technology is one of the main dustproof measures used in coal mine mining.In this paper,the main sourcesand hazards of coal mining dust are analyzed systematically,and the differences of low pressure spray,normal pressure spray and highpressure spray are described.The mechanism of high pressure spray dust removal is pointed out as inertia collision trap,gravitysedimentation trap,interception trap,electrostatic trap and Brownian diffusion trap.Furthermore,the main influencing factors of highpressure spray dust removal effect are analyzed from three aspects:spraying water,spraying parameters and nozle structure,which providestheoretical support and reference for the design of mine high pressure spray dust removal system.Key words:high pressure spray;spray dust removal;dust elimination mechanism;nozzle structure2让海旺.近距离煤层间巷道布置及锚杆支护参数优化设计 J.能源与节能,2 0 2 2(8):40-42.3王忠.极近距离煤层采空区下顺槽巷道掘进与支护技术 J.机械管理开发,2 0 2 2,3 7(8):1 9-2 0.4马海红.近距离煤层下巷道掘进安全支护技术应用 J.机械管理开发,2 0 2 2,3 7(8):1 7 1-1 7 2.5王羲，张彪.近距离煤层开采大巷稳定性数值模拟分析 J.中国矿业,2 0 2 2,3 1(Supple1):345-351.GroupsFeng Wanli沉降捕集、拦截捕集、静电作用捕集及布朗扩撒捕集。进一步从喷雾用水的性质、喷雾压力和喷雾流量、喷嘴结构三个方面分析高压喷雾除尘效果的主要影响因素，为矿井喷雾除尘作业、喷雾除尘系统设计提供了理论基础和参考。参考文献1苗彦平，桂长庚，郑旭鹤，等.大采高综采面粉尘分布规律及防治技术研究 J.煤炭技术，2 0 2 3,42(1):1 2 4-1 2 8.2张科.矿井巷道掘进中粉尘防治机理浅析 J.内蒙古煤炭经济，2021(9):52-53.3郭玉峰，郝永江，李云龙，郭伟强.综放工作面转载破碎粉尘扩散运移规律分析 J.煤炭工程，2 0 2 2,54(2）：7 3-7 7.4樊晶光,张建芳，王海椒，等.我国煤矿尘肺病防治现状、问题与对策建议 J.职业卫生与应急救援,2 0 2 1,3 9(1):1-5.5巧张泽鹏.高压喷雾除尘技术在综采工作面的应用研究 D.天津：河北工程大学,2 0 2 1.Removal EffectLiu Huimin,Zhang Bin?Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China)