回坡底煤矿窄煤柱沿空掘巷的实践

李同荣,杨 峰,肖同强

(霍州煤电集团昶元煤业有限公司)(中国矿业大学)

回坡底煤矿窄煤柱沿空掘巷的实践

李同荣①,杨 峰,肖同强

(霍州煤电集团昶元煤业有限公司)(中国矿业大学)

针对回坡底煤矿回采巷道煤柱尺寸大,资源浪费严重问题,开展了留7 m窄煤柱沿空掘巷的实践。结果表明,窄煤柱沿空掘巷采用锚梁网索支护技术,实现了巷道围岩稳定,能够满足安全生产的需要。窄煤柱沿空掘巷在高强度锚梁网索支护技术下具有较大的推广应用价值。

窄煤柱;沿空掘巷;高强度支护;矿压观测;支护效果;效益

长期以来,霍州煤电集团公司各煤矿在布置工作面时采用留设大煤柱的方法维护巷道,煤柱宽度一般为30 m,造成了大量的煤炭资源损失。为提高煤炭资源的回收率,探索小煤柱条件下的巷道变形破坏特征和支护方法,回坡底煤矿在11-103工作面运输巷开展了窄煤柱沿空掘巷的尝试。

回坡底矿11-103工作面一侧为已采动稳定的11-109工作面采空区,11-103工作面运输巷即为沿11-109工作面采空区布置的窄煤柱沿空巷道。

11-103工作面开采11#煤层,埋深为340～400 m,煤层平均厚度2.8 m,倾角3°～5°。直接顶为泥岩(局部相变为粉砂岩),平均厚度3 m,中间夹有一层0.2～0.3 m厚的煤线;基本顶为粉砂岩,平均厚度4 m,灰黑色。直接底为石英砂岩(局部相变为砂质泥岩),硅质胶结,平均厚度5 m。

1 沿空巷道窄煤柱宽度的选择

随着锚杆支护技术的推广应用,传统采掘体系中为回采工作面留设大煤柱的做法正在越来越多的被小煤柱沿空掘巷所取代[1]。为找到合适的沿空掘巷位置,确定合理的小煤柱宽度,应首先明了采空区边缘上下倾斜方向煤层上覆各岩层物理力学状态及煤层上方的支承压力分布状况。根据矿压理论,采煤工作面在侧向方向的上覆岩层(垮落带及断裂带的岩层)状态及支承压力分布见图1[2-3]。

沿空掘巷可选择在如图1所示的4个位置送巷。由图1煤体上方的支承压力分布曲线可以看出,在位置3送巷正处于支承压力高峰区,该处的垂直压力几倍于上覆岩层压力(煤层至地表),巷道不易维护;在位置4送巷为传统的布置方式,虽然避开了压力高峰区,会比较容易维护,但留设的煤柱较大,造成了煤炭资源的浪费。在位置1和位置2送巷时,巷道处于低应力区,容易维护。由于在位置1送巷(无煤柱沿空掘巷)存在巷道通风、瓦斯治理等不利因素,因此,合适的沿空掘巷位置是位置2,即小煤柱沿空掘巷。但是如果护巷煤柱过窄会使煤柱侧的帮锚杆支打在破碎煤体中,使锚杆锚固端失去着力点,导致支护失效反而不利于巷道的维护,因而要根据煤的物理力学性质,所选的煤柱宽度应使煤柱中存在一定的弹性区域,利于巷道的维护。

图1 沿空巷道的位置及支承压力分布示意图

综合考虑沿空巷道的顶底板条件、同一煤层工作面的矿压显现情况以及采空区瓦斯、水防治等问题,确定11-103工作面机巷煤柱尺寸为7 m。

2 沿空巷道的支护方式及参数

合理的煤柱尺寸和巷道支护方式是保证巷道稳定性的重要前提。窄煤柱沿空巷道围岩受临近工作面的动压影响,还要经受本工作面的采动影响,支护方式的选择对其稳定性尤为重要。锚杆支护能够实现主动支护,而且支护强度较大,能够适应大变形巷道的围岩变形。随着锚杆支护技术的应用,锚杆支护技术已经在诸多复杂困难支护巷道得到了成功的应用[1]。为保证沿空巷道的支护效果,并考虑对巷道围岩加强支护,决定在11-103工作面机巷采用高强度锚梁网索联合支护。巷道支护断面见图2。

图2 沿空巷道支护断面示意图

1)顶板支护形式及参数。顶板采用高强锚杆支护系统和双排组合锚索加强支护。顶锚杆布置5根d20 mm×2 000 mm高强度左旋螺纹钢锚杆,采用树脂药卷加长锚固,配合金属经纬网和钢筋梯子梁支护,锚杆间排距800 mm×800 mm。采用组合锚索加强支护顶板,锚索为“二·二”布置,间距为2 m,排距为4 m。锚索采用d15.24 mm钢铰线,根据11#煤层顶板岩性及巷道跨度,锚索长度6.5 m,保证锚索锚入老顶长度不小于2 m,组合锚索梁采用14#槽钢制作,长度2.4 m。

2)两帮支护形式及参数。两帮均采用d20 mm ×2 000 mm高强度左旋螺纹钢锚杆,采用树脂药卷加长锚固,配合金属经纬网和钢筋梯子梁支护,煤壁侧布置3根,窄煤柱侧布置4根,确保小煤柱的稳定。

3 矿压观测结果及支护效果分析

为掌握11-103机巷的维护状况,保证支护的安全性,了解7 m条件下的沿空巷道的矿压显现情况,对11-103机巷的表面位移、顶板离层、锚杆锚固力等内容进行了观测。矿压观测结果如下:掘进期间,巷道两帮移近量最大值为610 mm,其中左右两帮移近量分别为260 mm和350 mm,沿空侧煤帮移近量大于另一帮移近量;顶底板最大移近量为560 mm,其中顶板最大下沉量为210 mm,最大底臌量为350 mm。掘进期间顶板最大离层值为11 mm,其中锚固区内最大离层值为6 mm,锚固区外最大离层值为5 mm。

回采期间,两帮移近量最大值为1 090 mm,其中左右两帮移近量分别为450 mm和640 mm,沿空侧煤帮移近量大于另一帮移近量;顶底板最大移近量为900 mm,其中顶板最大下沉量为360 mm,最大底臌量为540 mm,为满足安全生产需要,进行了起底。回采期间顶板最大离层值为26 mm,其中锚固区内最大离层值为11 mm,锚固区外最大离层值为15 mm。

同时,对11-103机巷的锚杆的液压枕进行监测,发现顶板及两帮锚杆的托锚力均达到了80 kN以上,锚杆的托锚力最大值为130 kN。

由上可知,11-103机巷在掘进、回采期间,围岩变形量较大,围岩松动圈较大,巷道的底鼓量较大,但高强度锚网梁索支护状况良好,巷道的变形、破坏处于适当的范围内。通过加强超前支护并对巷道进行起底后,能够满足工作面安全生产的需要。

4 结 论

1)窄煤柱沿空掘巷有利于降低围岩应力,改善巷道维护条件,提高煤炭资源的回收率,11-103工作面机巷煤柱尺寸由原来的30 m改为7 m后,延米多回收煤炭60余吨。

2)合理的巷道支护方式是保证窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性的重要前提。高强度锚杆支护配合锚索补强可以实现主动支护,支护强度较大,实践证明,其对窄煤柱沿空巷道的支护具有较好的效果。

3)回坡底煤矿的沿空巷道采用留设7 m窄煤柱的方式布置,围岩变形量较大,围岩松动圈较大,但锚网梁索的支护效果较好,巷道的变形、破坏处于适当的范围内;根据11-103工作面机巷的变形破坏情况,下一步应进一步优化煤柱尺寸,以达到更好的技术及经济效果。

[1] 侯朝炯,郭励生,勾攀峰,等.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999:186-191.

[2] 宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988:207-211.

[2] 樊克恭,翟德元.巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非匀称控制机理[M].北京:煤炭工业出版社,2004:167-171.

Experience of Roadway Driving along Gob in Huipodi Colliery

Li Tong-rong,Yang Feng,Xiao Tong-qiang

According to the practice and the coal waste of wide supporting pillar remained for mining roadways,experience of roadway driving along gob was practiced in Huipodi colliery.The results indicates that roadway driving along gob which supported by 7 meters narrow pillar and high-strength bolt-beammat reinforcement-anchor rope technique,can maintain stabilization and satisfy the need of safe production, and has large value of generalization and application.

Narrow pillar;Roadway driving along gob;High-strength support;Mine pressure observation;Support effect;Benefit

book=2,ebook=49

TD353.6

B

1672-0652(2010)01-0028-03

2010-01-16

李同荣 男 1965年出生 1986年业于大同煤校 工程师 乡宁 042100