沿空留巷巷旁支护设计及实施_黄志杰.pdf

沿空留巷巷旁支护设计及实施黄志杰（太原煤炭气化（集团）有限责任公司，山西太原030031）摘要：为解决煤矿综采工作面回采率低、煤炭资源浪费的问题，采用沿空留巷技术的无煤柱开采尤为重要。在对煤矿综采工作面沿空留巷顶底板地质条件分析的基础上，提出了针对沿空留巷巷旁支护的总体思路，并完成了针对巷旁支护的方案设计和灌浆、喷浆实施方案。最后，从经济效益角度说明了沿空留巷支护后的效果。关键词：沿空留巷；粉煤灰；巷旁支护；顶板里层；矸石充填墙中图分类号：TD322+.3文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0283-020引言沿空留巷是当前煤矿开采的重大改革，是实现无煤柱开采的基础。沿空留巷是将已经开采完毕的采空区保留下来，其可以作为煤矿下一个工作面的开采的顺槽使用。沿空留巷技术的应用不仅可以提高工作面煤层的采出率、减少煤炭资源的浪费，还可改善对巷道的维护、缩短搬家时间或取消鼓捣工作面等。从某种意义上讲，沿空留巷开采技术的应用需要对巷内和巷旁进行联合支护后才可实现其应有的功能1。目前，针对巷内支护的技术已经相对成熟，本文重点对其巷旁支护进行设计，并基于设计方案开展应用实施。1工程概况所研究煤矿的设计生产能力为 1.5 Mt/a，该煤矿的煤炭以焦煤为主，其次为瘦煤，还有少量的贫煤。经探测，该煤矿煤层的倾角范围为 2545，平均倾角范围为 35。工作面总的煤层厚度为 31.25 m，其中 70%的煤层均可开采。整个煤矿瓦斯的相对涌出量为 7.17 m3/t，绝对涌出量为 15.53 m3/min，煤矿属于高瓦斯矿井。煤矿共包含有 4 个采区，采用压入分区式通风方式。煤矿整个工作面长度为 962 m，其中倾斜工作面的长度为 123.2 m。经探测，该煤矿沿空留巷的顶底板条件如表 1 所示。针对沿空留巷的特点，若实现对其巷旁支护需要将工作面顶板冒落的矸石在金属网、钢丝绳和单体液压支柱的作用下阻挡在巷道的上帮，即为矸石充填墙2。而后，采用水泥、粉煤灰浆液进行灌入后，再对外层进行喷射混凝土达到加固的目的。2沿空留巷巷旁支护设计沿空留巷技术的应用在很大程度上解决了煤矿工作面采掘交替紧张的问题；但是，由于该向技术应用时巷道需要承受连续两次的开采动压，对巷道的维护提出了更高的要求。因此，对沿空留巷的支护尤为重要。对于沿空留巷支护而言包括有巷道支护和巷旁支护两种形式；其中，巷内支护一般主要采用锚杆+锚索的联合支护方式，为其配套金属网等强化支护手段；巷旁支护是沿空留巷支护的基础，一般要求巷旁支护所选用材料的性能不仅具备增阻速度快的优势，而且其还能够承受巷道较大的开采动压所带来的剧烈变形3。通常，针对沿空留巷巷旁支护可通过木垛巷旁支护、密集支柱巷旁支护、矸石带巷旁支护、料石垛巷旁支护、人造砌块巷旁支护等技术实现其功能。根据该沿空留巷工作面顶板的平均厚度、巷道的宽度，本着可实现高效切顶的功能，并最终实现沿空留巷巷道的稳定性。经计算，对应巷旁支护的强度不低于 270 t/m。同时，结合沿空留巷巷道顶板岩块的掉落高度，得出该工作面的最大冲击力为 41 t。鉴于此，较大的冲击力需要采用钢筋梯梁和钢丝绳等软连接的方式解决沿空留巷侧向冲击力大的问题。结合该工作面沿空留巷的地质条件，本着“刚柔结合、先让后抗”的原则对沿空留巷巷旁进行支护，具体支护方案如下：1）为保证巷旁的支护强度，避免开采后采空区的巷道出现顶板严重的离层现象，在沿空留巷巷旁顶板靠近上帮安装一排锚索对其进行强化支护。所采用锚索的直径为 14.5mm、长度为 3000mm，锚索间距为 2m，锚索排间距为 2 m。2）为了降低工作面顶板矸石滑落时造成较大的收稿日期：2022-04-26作者简介：黄志杰（1987），男，山西运城人，本科，毕业于中国矿业大学（北京）采矿工程专业，工程师，研究方向为采矿工程。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.115顶底板类型岩层名称平均厚度/m岩性老顶粗砂岩7.0岩层为灰白色，含有少量砾石，相对坚硬，平均硬度为 9直接顶泥质粉砂岩3.0岩层介于白色和灰色之间，相对较软，平均硬度为 5伪顶泥质粉砂岩0.3岩层为灰黑色，相对较软，而且容易破碎，呈现泥质胶结状态，硬度为 1.8直接底 粉砂岩3.0岩层为深灰色，呈现节理发育状态，平均硬度为 5老底粗砂岩20岩层颜色为灰白色且相对较厚，平均硬度为 9表 1沿空留巷顶底板条件技术应用机械管理开发第 38 卷冲击力，本工程采取柔性抗冲击技术，具体方案为采用钢丝绳的软连接方式对滑落的矸石进行阻挡；同时，在工作面顶板和底板分别增加一排强力锚杆，所采用锚杆直径为 20 mm，锚杆间距为 1 000 mm，锚杆排间距为 800 mm。3）在工作面沿空留巷顶板锚杆的外部增加两排单体液压支柱，而且两排单体液压支护之间的间距控制在 0.4 m 之间；同时，为了避免单体液压支护滑倒，应为其拴好防倒绳。综上，该工作面沿空留巷巷旁支护如图 1 所示。3沿空留巷巷旁支护实施及效果根据所设计的沿空留巷巷旁支护的方案，并结合该工作面沿空留巷的现场情况，本工程拟通过三个阶段开展实施工作。按照先后顺序依次为留巷准备阶段、留巷实施阶段、注浆加固阶段。本文重点对注浆加固方案的实施方案展开研究。3.1浆液的配制及实施本工程注浆加固采用水泥和粉煤灰为原料按照一定的比例混合而成。经试验研究，当水泥和粉煤灰的质量比为 11 充分混合后所得浆液的稳定性好且可泵性好。具体配制流程如下：将粉煤灰加入水中充分搅拌形成泥浆状态，保证粉煤灰在水中均匀分布；然后再其中加入等质量的水泥，并对其进行充分搅拌，保证水泥在其中充分分散4-7。采用所配制好的浆液对沿空留巷巷旁分别开展灌液加固和喷浆加固。1）当沿空留巷巷旁工作面顶板冒落的矸石充分堆积后，在沿空留巷 20 m 后的位置开始灌浆操作。在灌浆操作前，在每两个单体液压支柱中间安装一根木支柱并固定好；固定好后，将单体液压支柱回收。2）灌浆施工结束后，对形成的矸石充填墙表面进行喷浆加固操作；在喷浆时尤其注意对工作面顶板和矸石墙顶部缝隙位置的喷灌，实现二者顶板的严实连接。要求喷浆结束后，矸石充填墙完全密封，避免向采空区位置漏风。3.2沿空留巷巷旁支护效果对沿空留巷巷旁进行支护后可将其作为下一个工作面开采的顺槽，从而可以节约巷道开采的成本。同时，沿空留巷技术的应用可以在很大程度上解决煤炭资源浪费的问题，提高煤炭的采出率。因此，对沿空留巷巷旁进行支护后可以从直接效益和间接效益对其成果进行评估。3.2.1直接经济效益基于沿空留巷巷旁支护后所形成的留巷为顺槽进行下一个工作面的开采，与重新掘进一个巷道为其顺槽开采直接节约的成本如表 2 所示，沿空留巷可直接节约成本为 2 007 元/m。3.2.2间接经济效益采用沿空留巷技术对煤矿工作面煤层进行开采，由于其是无煤柱开采，工作面煤炭的回收率可直接提升 12%；同时，基于沿空留巷可将通风方式改进为 Y型通风，极大提升了工作面的通风效率，从而保证煤矿生产的安全性。4结语沿空留巷技术是实现无煤柱开采的技术，实现对沿空留巷的巷旁支护非常重要。本文采用了锚杆、锚索、单体液压支护的强化支护手段后采用灌浆和注浆等手段实现对沿空留巷巷旁的支护8-10。实践表明对沿空留巷采取有效的巷内和巷旁支护后，所形成的沿空留巷可作为下一个工作面开采的顺槽，从而节约了工作面重新掘进一条巷道的费用，约节约 2 007 元/m；同时，基于无煤柱开采的沿空留巷可直接提高煤炭回收率约 12%。参考文献1华心祝，马俊枫，许庭教.锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用J.岩石力学与工程学报，2005（12）：2 107-2 112.2朱川曲，张道兵，施式亮，等.综放沿空留巷支护结构的可靠性分析J.煤炭学报，2006（2）：141-144.3陈勇，柏建彪，王襄禹，等.沿空留巷巷内支护技术研究与应用J.煤炭学报，2012，37（6）：903-910.4华心祝.我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议J.煤炭科学技术，2006（12）：78-81.5王军，高延法，何晓升，等.沿空留巷巷旁支护参数分析与钢管混凝土墩柱支护技术研究J.采矿与安全工程学报，2015，32（6）：943-949.6刘益成，孙立亚.大采高工作面沿空留巷巷旁充填支护实践J.煤炭科学技术，2000（3）：19-20；42.7杨博，柴敬，王民华.直覆厚硬顶板沿空留巷巷旁支护方式研究J.煤矿安全，2018，49（7）：220-223.8郑赟，单仁亮，黄博，等.强帮强角应用于沿空留巷支护的相似模型试验研究J.采矿与安全工程学报，2021，38（1）：94-102.9权景伟，柏建彪，种道雪，等.沿空留巷锚杆支护技术研究及应用J.煤炭科学技术，2006（12）：60-61；68.图 1工作面沿空留巷巷旁支护示意图（单位：mm）表 2沿空留巷与掘进巷道成本对比沿空留巷直接成本掘进巷道直接成本1 128 元/m3 135 元/m自制小皮带：长 68 m皮带宽 600 mm，5.5 kW 电机带动超前溜子留巷单体钢丝网炮眼布置线密集支柱工作面采空区AA工作面溜子支架1 0002 000700（下转第 287 页）2842023 年第 6 期Application of Automatic Drainage Device for Water Exploration and Release in InclinedRoadwayLi Tianliang（Shanxi Gaoping Kexing Niushan Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping Shanxi 048400）Abstract:Based on the fact that during the construction of water exploration and discharge in the cutting lane of 90105 comprehensivemining working face of Niushan coal mine,due to the large inclination angle of the lane,the water flow from the water exploration anddischarge borehole flows directly into the low-lying area at the entrance of the cutting lane,resulting in a large water flow in the cuttinglane,serious equipment damage,and the water cannot be discharged from the working face effectively in time,which not only affects therapid digging of the lane,but also seriously threatens the safety of water exploration and discharge construction in the lane,Niushan coalmine through The companys products and services are available in a wide range of sizes and sizes.Through the practical application effect,it has achieved significant application effect.Key words:coal mine;roadway;water detection and discharge;automatic drainage device43-46.4程昆.煤矿排水潜水泵运输装置设计与应用J.机械工程与自动化，2018（6）：213-214.5叶友东.煤矿井下排水管道除垢清理装置的设计J.煤矿机械，2016（4）：72-74.（编辑：李俊慧）Design and Implementation of Side Support for Goaf Retaining RoadwayHuang Zhijie（Taiyuan Coal Gasification(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030031）Abstract:In order to solve the problems of low recovery rate and waste of coal resources in fully mechanized coal mining faces,it isparticularly important to adopt pillar less mining with goaf retaining technology.On the basis of analyzing the geological conditions of theroof and floor of the goaf retaining roadway in the fully mechanized coal mining face,a general idea for supporting the side of the goafretaining roadway was proposed,and the design of the relative side support plan and the implementation plan for grouting and sprayingwere completed.Finally,the effectiveness of retaining roadway support along the goaf was explained from the perspective of economicbenefits.Key words:retaining roadway along goaf;fly ash;roadside support;roof inner layer;gangue filling wall10江卫.石灰岩顶板沿空留巷支护技术J.煤炭科学技术，2009，37（2）：35-37.（编辑：王婧）（上接第 284 页）程，2017，49（7）：45-47.8石冬冬，蓝成仁.半煤岩巷快速掘进中巷道支护参数模拟优化研究J.煤炭与化工，2014，37（3）：32-34.（编辑：李俊慧）Research on Rapid Tunneling Technology of Semi-Coal Rock Roads under Deep ComplexGeologyHao Zhigang（Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Text Coal Industry,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:Effective control of surrounding rocks and efficient support in deep complex geological conditions are the basis for fast tunnelingof the roadway.Taking 31203 backwind road of a mine in Shanxi as the research object,the roadway adopts MB670/265 anchor diggingmachine to realize the automatic operation of digging,support and transfer,which can create good conditions for fast roadway digging,butconstrained by the cantilever swing of anchor digging machine,the anchor cable in the middle of the roadway needs to be replenishedmanually,which leads to long time consuming roadway support and affects the digging efficiency.Based on this,it is proposed to useflexible anchor instead of the original anchor rod and anchor cable to support the roof,and to improve the effect of flexible anchor roofsupport by high preload long anchor,and to design the optimized surrounding rock support scheme.After field application,the MB670/265anchor digger can automate the construction of flexible anchors in the roof slab,which improves the efficiency of anchor support andreduces the time spent on support,and the roadway boring progress is increased to 650 m/month,realizing fast boring.Key words:deep mining;roadway boring;anchor digging machine;rock support;automation（上接第 282 页）李天亮：倾斜巷道探放水自动排水装置应用分析287