屯兰矿18405工作面沿空留巷技术应用.pdf

66江西煤炭科技2023年第3 期屯兰矿18 40 5工作面沿空留巷技术应用吴海滨（山西焦煤西山煤电安全监督检查中心，山西太原0 3 0 0 53）摘要：屯兰矿18 40 5工作面轨道顺槽采用沿空留巷技术作为下一个工作面顺槽使用，分析了现有巷道支护方式的不足，根据工程经验针对两段巷道内分别进行补强支护，确定了各项支护参数。同时，确定了工作面采空区侧充填体参数，并对充填区域围挡空间进行了相应的设计。18 40 5工作面沿空留巷技术取得了良好的经济效果，提高了资源回收率，有着广泛的推广应用前景。关键词：工作面；沿空留巷；高水材料充填；补强支护中图分类号：TD322+.3Research on Gob-side Entry Retaining Technology in 18405 Working Face of Tunlan Colliery(Safety Supervision and Inspection Center,Shanxi Coking Coal Xishan Coal&Electricity Co.,Ltd.,Taiyuan,Shanxi 030053)Abstract:In view of the gob-side entry retaining technology in track crossheading at 18405 working face of Tunlan Colliery,theauthor proposes the reinforcement support by analysis of the shortcomings of the existing roadway support methods according tothe engineering experience,in which various support parameters including the parameters of flling body in goaf side aredetermined and the enclosed space in the flling area are designed accordingly,achieving good economic results and improvingthe recovery rate of resources with a broad application prospect.Key words:working face;gob-side entry retaining;filling by high water content material;reinforcement support屯兰矿为高瓦斯矿井，产量高，采掘接续紧张,严重制约着矿井的高产高效。随着井下工作面开采技术的不断进步，目前沿空留巷技术在多数矿井得到了成功应用。沿空留巷不但可以实现无煤柱开采，大大提高煤炭采出率，还可以在高瓦斯矿井回采工作面采用Y型通风，降低瓦斯事故风险-3。因此，结合屯兰矿18 40 5工作面实际条件探讨沿空留巷技术具有重要意义。1工程概况1.1工作面概况文献标识码：AWu Haibin18403采空区，南东为18 40 7 工作面，北东与南翼下组煤轨道巷相接，西邻南四盘区边界。18 40 5皮带顺槽为18 40 3 轨道顺槽沿空留巷复用的巷道。工作面正上方为12 40 5、12 40 7 工作面2 煤采空区，与本工作面层间距在7 5m左右，18 40 5底抽巷在工作面下部沿9煤布置，与8#煤层平均间距13 m。18 40 5工作面布置平面如图1所示。18405工作面开采8 煤层，煤厚1.7 0 3.10 m，平均2.40 m，厚度稳定。8#煤层局部地段含有一层炭质泥岩夹研，厚0.10 0.50 m，平均0.3 4m，含18403工作面采空区留巷充填墙18405皮带顺格文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 0 6 6-0 418405工作面位于南翼下组煤右翼，北西为北18405工作面桂轨绕道图118 40 5工作面布置平面2023年第3 期夹煤层平均总厚度2.7 4m，煤质为焦煤和瘦煤。该煤层顶底板情况如表1所示。表1煤层顶底板情况顶底板岩层厚度/m老顶细粒砂岩2.40灰黑色细粒砂岩，夹有泥质石灰岩，顶部为泥灰岩，富含直接顶L灰岩1.00动物化石伪顶泥岩0.30灰黑色泥岩，质软直接底砂质泥岩1.20灰黑色砂质泥岩老底细砂岩9.60灰黑色细粒砂岩，夹有泥质1.2巷道布置及支护拟留巷巷道为18 40 5工作面轨道顺槽，该顺槽断面为矩形，二切眼以里（里程约13 17 m,以下称为I段)巷道设计净宽为4.5m，净高为3.0 m。二切眼以外（里程约6 7 0 m,以下称为段）巷道设计净宽为5.0 m，净高为3.0 m。巷道沿8#煤顶板掘进，在施工过程中，如遇煤层厚度小于3.0 m，则跟顶破底施工，保证巷道高度不小于3.0 m；如遇煤厚小于2.6 m，保证巷道高度不小于2.8 m；如遇煤层厚度达到或超过3.0 m，严格跟顶、跟底施工，但巷道高度最高不得超过3.5m。二切眼以里（I段）巷道支护方式为：顶板采用直径2 0 mm，长2.4m的螺纹钢锚杆，直径21.6mm，长5m的锚索，及10 菱形金属网支护。顶锚杆间排距10 0 0 mm1100mm，顶锚杆采用两根树脂锚固剂锚固，分别为MSK2380型、MSCK(b)2380型，预紧扭矩不小于2 0 0 Nm；锚索采用两根树脂锚固剂锚固，分别为MSK2380型、MSCK(b)2380型，预紧力12 0 kN。两帮采用直径2 0 mm，长1.8 m的螺纹钢锚杆，及10 菱形金属网支护，顶锚杆间排距9 0 0 mm1100mm。帮锚杆采用一根锚固剂锚固MSCK(b)2380,预紧扭矩不小于2 0 0 Nm。二切眼以外（段）巷道支护方式为：顶板采用直径2 0 mm，长2.4m的螺纹钢锚杆，直径17.8mm，长5m的锚索，及10 菱形金属网支护。顶锚杆间排距10 0 0 mm1100mm，顶锚杆采用两根树脂锚固剂锚固，分别为MSK2380型、MSCK(b)2380型，预紧扭矩不小于2 0 0 Nm；锚索采用两根树脂锚固剂锚固，分别为MSK2380型、MSCK(b)2380型预紧力12 0 kN；两帮采用直径2 0 mm，长1.8 m的螺纹钢锚杆，及10 菱形金属网支护，顶锚杆间排距9 0 0 mm1100mm。帮锚杆采用一根锚固剂锚固MSCK(b)2380,预紧扭矩不小于2 0 0 Nm。江西煤炭科技通过现场观察和邻近工作面沿空留巷矿压监测表明，留巷帮锚杆长度短、梯子梁直径小，最下排锚杆离底板距离大，导致留巷帮锚杆支护强度低，岩性特征不能有效控制帮部外移和减少底鼓，需补强支护。2沿空留巷技术方案设计沿空留巷维护时间长，破裂区、塑性区范围大,围岩发生大变形,浅部围岩破碎、裂隙发育，巷道围岩变形破坏严重。为有效控制围岩，保持沿空留巷关键部位的稳定，支护结构必须既能减小围岩变形又能适应围岩变形。巷内基本支护具有高强度、大延伸率、适应沿空留巷大变形的特点。较大的承载能力，较高支护强度和刚度，减轻关键块运动对巷道浅部围岩的破坏；加强支护控制沿空留巷顶底板剧烈变形。在沿空留巷应力调整期间，附加采动应力集中系数大,应力调整剧烈,围岩变形量大，巷内基本支护难以保证巷道顶板稳定，必须采取巷内加强支护来适应、支撑平衡上覆岩层的剧烈活动，保持顶板的完整与稳定。2.118405工作面巷内补强支护技术与方案沿空留巷服务时间长，围岩活动阶段顶板变形剧烈，加之18 40 5轨道顺槽超前支护采用的超前液压支架对巷内支护具有破坏作用，因此必须在巷道基本支护的基础上，提高支护强度。采用工程类比法，参考18 40 3 工作面的补强支护参数，确定初步补强方案为：(1)顶板：在原有顶板支护基础上，补打三列纵向锚索，I段巷道宽度为4.5m，补强锚索间排距为1550 mm1100mm。I段巷道宽度为5.0 m锚索间排距为16 0 0 mm1100mm。中间一列为28.6mmX6300 mm锚索和21.6mmX6300mm锚索交错布置，超前工作面10 0 m施工。两侧锚索为21.6mm6300mm，排排打设，紧跟超前液压支架后方施工，并用16mm圆钢托架首尾相连，托架规格3 50 0 mm50mm。（2)非采煤帮：于原支护每2 排锚杆中间补打一排2 根锚索、1根锚杆，并配合16mm圆钢加工的托架进行支护，托架规格2 10 0 mm50mm。锚杆（索）排距2 2 0 0 mm，锚索距顶板距离分别为800mm和2 0 0 0 mm,锚索规格21.6mmX4200mm,托盘规格3 0 0 0 mm300mm2mm。锚杆规格20mm2400mm托盘规格13 0 mm130mm10mm，距底板3 0 0 mm施工，如图2 所示。67 68铺素2 1.6 42 0 0 mm照纹细铺托42 0 2 40 0 moot250300铺素42 1.6 42 0 0 mm电16 威钢托裂螺纹钢篮杆虫2 0 金属网00TT001T3002.2巷旁充填体参数设计18405工作面轨道顺槽沿空留巷采用高水材江西煤炭科技料充填支护。相比研石沿空留巷技术和混凝土沿铺室中2 1.6 50 0 0 mm间、挣距2 0 0 2 2 0 0 ml螺纹锰锚轩2 0 2 40 0 m间，排距10 0 0 110 0 m155015502501000L0H花形金属网电超圆钢托架00Z008图2 巷内补强支护方案2023年第3 期空留巷技术，高水材料充填技术具有以下优势：(1)工艺系统简单、初期投资少。(2)可长距离输送、机械化程度高。100010004500金属网错索21.6X6300mm铺索2 8.6 k300ml包100010004500(a）I 段巷道补强方案1600160011001100重16 盟钢托5000错索+2 1.6 X6300m铺索2 8.6 6 3 0 0 mm托架包110011005000(b）I 段巷道补强方案1000包铺索2 1.6 6 3 0 0 m100010001100110010讲菱形金属园1进菱形全属网包铺壶虹2 1.6 X6300mm11001100250006006006250键17.8 X50m阿，排距2 2 0 0 2 2 0 0 m螺纹锅罐杆小2 0 2 40 m间、排距110 0 110 0 m75300006006000%006300(3)充填体能适应顶板下沉，保持留巷的整体稳定性。拟沿空留巷的18 40 5轨道顺槽高度为3.0 m，螺纹钢罐杆中2 0 18 0 0 ml间、排距9 0 0 110 0 m螺纹钢镜杆2 0 18 0 0 ml间，排距9 0 0 110 0 mm回采时端尾与巷道平缓过渡，因此此处采高为3.0 m。根据18 40 5工作面轨道顺槽顶板岩层情况、公式计算和以往的工程实践，考虑一定的安全系数和密集钻孔切顶卸压，当采高不超过3.0 m时：沿空留巷前2 6 0 m，即工作面采空区见方前的一期工程，巷旁充填体宽度设计为2.2 m，高度为3.0 m，留巷后巷道宽度为4.5m，充填体全部置于采空区内。工作面采空区见方后的二期工程，设计巷旁充填体宽度为2.0 m、高度为3.0 m，留巷后巷道宽度为4.5m。二切眼以里I段巷道充填体全部置于采空区内，二切眼以外充填体0.5m置于巷道内，另外1.5m置于采空区内。充填体长度初期设计为3.2m,并根据顶板条件及回采进度调整。采用对拉锚杆、W型钢带及钢筋网对充填体加强支护，对拉锚杆间排距8 0 0 mm600mm。充填体加固如图3所示。螺纹钢对拉锚杆托盘与螺纹钢对拉锚杆2200(a)一期工程充填体加固螺纹钢对拉锚杆W型钢带托盘与螺纹钢对拉锚杆0080000082.3围挡空间支护设计根据18 40 5工作面生产地质条件和矿井条件，设计采用挡研支架进行围护空间的支护。但因支架的加工需要一定的周期，沿空留巷初期，采用密集支柱挡研，即在充填区域靠采空区一侧施工2 排密集液压单体支柱，单体液压支柱排距3 0 0 mm，柱W型钢带钢筋网口口640640钢筋网2000320(b）二期工程充填体加固图3 充填体加强支护设计6406406406-40640640320.3202023年第3 期距50 0 mm，交错布置。根据该矿顶板条件，直接顶为1m厚的石灰岩，完整性非常好，正常情况下不进行支护。若遇断层、陷落柱等构造围岩破碎情况时，初步确定采用如下方案进行加固，架前施工锚杆，架后施工锚索，具体参数如下：（1)在充填区域上方、端尾5架液压支架架前铺柔性网护顶，柔性网宽度不小于8 m。（2)在液压支架后方，每割1刀煤按照间排距10 0 0 mm800mm支设单体液压支柱作为临时支护，然后及时补打1排锚杆（索），并用16mm圆钢加工的托架相连。中间一列施工锚索，两侧施工锚杆。I段巷道采用密集支柱挡研时，一期工程每排施工3 根锚杆（索）,其间排距为1400mmX800mm。二期工程每排施工3 根锚杆（索）,其间排距为13 0 0 mmX800mm。段巷道每排施工3 根锚杆（索），其间排距为10 0 0 mmX800mm,锚索规格为21.6mmL5000mm，锚索托盘规格为3 0 0 mm300mm20mm，顶板锚杆规格为20mm2400mm螺纹钢锚杆，托盘规格为13 0 mm130 mm10mm。2.4留巷段加强支护技术与方案18405工作面轨道顺槽沿空留巷作为下一个工作面顺槽使用，在工作面回采及留巷期间,顶板活动强烈。因此,工作面后方2 0 0 m范围内需要采用单体液压支柱加强支护，减小采动支承压力对巷道影响。具体支护方案为：工作面前方2 0 m，采用现有超前支护方案。工作面后方2 0 0 m，采用3 排单体液压支柱配合工字钢梁联合支护，距充填体距离分别为：0.5m、1.5m 和4.0 m，梁距1.1 m,如图4所示。拆除加微支护江西煤炭科技充填体8405工作面采空区(b)剖面图4留巷段加强支护3工业试验沿空留巷支护设计在屯兰矿井下进行了现场试验。在18 40 5工作面巷分别进行高水充填支护、锚索补强支护,并对顶板离层情况进行了观测，顶板离层量基本控制在3 50 mm内，结果符合设计要求。4结论通过对屯兰矿18 40 5轨道顺槽巷旁充填沿空留巷技术的研究与应用，得出以下结论：1)沿空留巷技术解决了屯兰矿当前面临采掘接替紧张、煤炭采出率低、巷道支护困难和巷道掘进成本偏高等问题。2)针对现有顺槽支护方式的不足进行了补强支护，通过工程经验确定了18 40 5轨道顺槽沿空留巷各项补强支护参数，通过监测井下试验数据，取得了良好的应用效果。参考文献：1郭海武.井下切顶卸压沿空留巷技术探究J.能源与节能,2 0 2 1(11):44-45,17 4.2杨威,周谢康，祖自银，等.中厚煤层坚硬顶板切顶卸压自成巷切顶效果及应用研究J.煤炭工程，2 0 2 1,53(11):48-52.3张卫鹏.综采工作面切顶卸压自成巷技术应用探索J.18405工作面江西煤炭科技，2 0 2 1(4)：46-48.填体单体液压支性后加强支护假（(2 0 m）十起物支护段(a)平面公益广告69.矿用工字钢单体液压支柱500100025004500作者简介：吴海滨（197 9一），男，山西寿阳人，2 0 12 年毕业于昆明理工大学采矿工程专业，采煤高级工程师。短制支护段外！收稿日期：2 0 2 3-0 1-2 9煤柱帮+500编辑：彭呈喜普及科学知识弘扬科学精神传播科学思想倡导科学方法