深部复杂矿井沿空留巷设计应用_王文明.pdf

深部复杂矿井沿空留巷设计应用王文明，宋可平，雷平博，韩忠朝（晋能控股集团 寺河煤矿，山西 晋城；陕西开拓建筑科技有限公司，陕西 西安）摘 要：某煤矿矿井埋深大、顶板条件复杂，沿空留巷会引起强烈的顶板变形。针对该问题，以该矿井 综采工作面运输巷沿空留巷为背景，提出采用柔模支护和切顶卸压相结合的沿空留巷技术，并进行工程实践。结果显示，该支护起到了控制顶板下沉的作用，巷旁充填体接顶、接底、直立性等效果较好。关键词：深部矿井；沿空留巷；柔模混凝土；切顶卸压中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）沿空留巷技术的发展促进了煤炭资源开采的高效，提高了矿井生产的经济效益。我国煤炭资源开采向深部转移，现阶段，埋深较大煤层的沿空留巷存在应力集中现象，会导致巷道严重变形，难以维护，从而影响矿井正常生产。本文以某深部复杂 矿井 综采工作面运输巷沿空留巷为背景，开展柔模支护和切顶卸压相结合的沿空留巷技术研究，结果表明沿空留巷效果较好。该研究可对类似工程提供有益借鉴。工程概况 工程背景及巷道布置某煤矿计划依托 综采工作面运输巷进行沿空留巷，所留巷道作为下工作面回风巷，以实现煤层无煤柱开采，提高资源回收率，降低巷道掘进率，保证工作面安全高效高产。该工作面开采煤层为 号煤层，东临 西翼集中下山、西轨道大巷保护煤柱线，南临 工作面采空区及四采区 煤集中下山、西风井工业广场保护煤柱线，西临（）采区集中上山、（）采区回风上山保护煤柱线，北临 设计工作面、西轨道大巷保护煤柱线。工作面上部为、工作面采空区。工作面机巷断面为异形断面，巷道长度，留巷段长度。巷道布置情况如图 所示。图 巷道布置平面图 工作面煤（岩）层赋存特征工作面主采 煤层，煤层走向，倾向，倾角 ，平均；煤厚较稳定，厚度 .，平均煤厚，煤与上覆 煤间距、煤层间距，与下伏 煤间距、煤间距、煤间距。局部受构造影响煤层变薄，煤层总体呈现南厚北薄的趋势。煤层倾角呈南缓北陡、西缓东陡的趋势。沿空留巷支护设计研究 原巷道支护 煤层 综采工作面运输巷留巷段须采用沿顶留底煤方式掘进，断面为非规则梯形的异形断面，原支护采用锚网索喷联合支护，全断面挂网并压钢带。锚杆选用 左旋金属强力锚杆，间排距，设计锚固力不小于，试验抗拔力不小于设计值的；锚索使用 的预DOI:10.13487/ki.imce.022915应力钢绞线制作，设计锚固力不小于，预应力不小于设计值的；锚网采用 的圆钢焊接制作，规格长 宽为 ，网格 ，焊点剪切力大于等于，锚网搭接不小于，用双股 铁丝进行连接或勾接；钢带使用普通的 型钢带，型钢带采用 的热轧光圆钢筋 焊接制作，规格分为长、两种，根据巷道的断面周长合理搭配使用，使用时 型钢带应垂直巷道中线并压茬。原巷道支护优化 轨道巷采用沿空留巷技术，一巷两用，经受了两次采动影响，巷道压力大、变形大，必须在非留巷的基础上加强支护。具体参数如下：顶板支护锚杆的 的蝶形托盘改为 的蝶形托盘，扩大有效支护面积；锚杆增加 梁，由 的热轧光圆钢筋 焊接制作，长度。由于目前顶板层理发育，承受动压后易弯曲产生垂向裂隙，增加横向钢带后可以提高整体性、抗弯性、抗裂性。型钢带规格：长宽厚，中间孔长度、宽度，孔中心距。为保证后期留巷效果，需在掘进期间顶板揭露破碎区段，将普通锚索替换为注浆锚索进行施工，采用中空注浆锚索对留巷顺槽进行支护。通过锚索注浆增加胶结围岩的整体强度，从而充分发挥锚索主动加固的功能。巷旁支护设计根据矿井工程的地质情况及理论分析，工作面留巷宽度确定暂取，巷旁充填体采用陕西开拓建筑科技有限公司研制的煤矿用柔性模板浇筑混凝土，该模板由外部加筋纤维布和内部拉筋组成，为封闭的三维纺织结构，外形与支护体相同，是支护体的预成型体，其上设有自闭灌注口和固定装置，具有轻质高强、施工方便等特性，其宽度取，柔性模板模型图及沿空留巷支护横断面如图、图 所示。图 柔性模板模型图 沿空留巷支护断面 临时加强支护设计考虑到矿井的实际情况，临时支护采用单体液压支柱走向铰链梁单元支架的联合支护形式。单元支架排距为，单体排距为，配走向铰接顶梁。每排布置 列单元支架和 排单体。为了保护顶板锚索锚杆，在单元支架上垫圆木。预裂爆破卸压施工设计为使工作面顶板垮落矸石充满采空区，切顶高度 可根据公式（）计算：（）（）式（）中：为切顶高度，为开采高度，为冒落岩层的碎胀系数，本文取，经计算，即切顶高度为。炮孔长度由式（）可得，为，炮孔长度取 即可将顶板切断，满足沿空留巷切顶卸压要求。（）根据工作面煤层厚度、顶板岩性、施工条件及设备等因素综合考虑，顶板钻孔与竖直线的角度为，炮孔直径，打设位置距回采帮，卸压孔间距为。卸压爆破钻孔布置如图 所示。图 卸压爆破钻孔布置图 工程实践及效果 预裂爆破施工效果采用孔底不耦合连续装药，聚能药包定向断裂爆破。炮孔长度，聚能管装药总长度，炮泥封孔长度。将乳化炸药装入聚能管，单节聚能管长度，聚能管相互连接并固定，确保聚能管间捆扎牢固，可靠传爆炸药。通过钻孔窥视仪观测孔内裂缝扩展情况，结果如图 所示。发现裂隙明显，表明爆破切顶效果良好。图 爆破后切缝图 柔模沿空留巷效果实施预裂爆破与柔模混凝土沿空留巷后，现场应用成巷效果如图 所示，根据现场留巷情况来看，预裂爆破与柔模混凝土沿空留巷应用效果较好，解决了埋深较大煤层沿空留巷应力集中的问题。图 留巷效果图 经济效益分析煤柱宽度，平均煤厚，煤密度 ，则 工作面可回收煤柱 万。吨煤效益按 元计，则回收煤柱效益为 万元。巷道掘进费用按 万元，则少掘巷道效益为 万元 计。经济效益比较见表。表 经济效益比较方案回收煤柱效益 少掘巷道效益 留巷成本增加效益万元 万元 万元 万元 切顶柔模混凝土 社会效益分析实施柔模混凝土切顶卸压沿空留巷后，每个工作面少掘一条巷道，降低了巷道掘进率，缓解了采掘接续紧张的局面。实施柔模混凝土切顶卸压沿空留巷，在不留设护巷煤柱后，提高了矿井资源回收率，节约了资源，延长了矿井服务年限。柔模混凝土切顶卸压沿空留巷，降低了沿空留巷的压力，优化了留巷的支护参数，降低了留巷的支护费用，同时可以有效封堵隔离采空区，有利于留巷的安全管理。结论 根据某矿工作面的条件及原支护情况，对巷道进行支护优化，在此基础上提出了柔模混凝土墙预裂爆破切顶卸压进行沿空留巷，支护效果良好，可以实现对顶板的有效支撑。从预裂爆破的效果可以看出，爆破孔的不同高度处均出现较明显的裂缝，这表明预裂爆破技术应用效果良好。对柔模沿空留巷的情况进行现场观测发现，留巷巷旁充填体接顶、接底、直立性等效果较好。因此，某矿切顶卸压柔模沿空留巷效果总体较好，产生了显著的经济和社会效益。参考文献：崔石磊，佘永明，边春林，等厚煤层柔模沿空留巷工艺在神东矿区的应用煤炭工程，（）：赵浩亮，王嵩，张智强，等特厚煤层下分层双柔模墙留巷围岩运移及支护优化 采矿与岩层控制工程学报，（）：丁剑厚煤层沿顶掘进巷道沿空留巷技术研究中国矿业，（）：方基详，张佳飞厚煤层无煤柱沿空留巷围岩“卸压支护”机理及控制技术研究应用中国矿业，（）：张智强，赵浩亮，曹新云，等特厚煤层小煤柱加固及双柔模墙留巷支护设计研究煤炭工程，（）：陈金宇沿空留巷围岩卸压支护协同控制技术研究煤炭科学技术，（）：赵伟，傅航，宋彦琦，等过断层巷道围岩破坏机制及支护优化矿业研究与开发，（）：张志勇，张新国浅埋煤层软薄基岩巷道支护优化研究矿业研究与开发，（）：陈上元，赵菲，王洪建，等深部切顶沿空成巷关键参数研究及工程应用岩土力学，（）：作者简介：王文明（），男，山西陵川县人，硕士研究生，高级工程师，从事采矿技术方面的研究工作。