浅部中厚煤层综采工作面切顶卸压护巷实践

2021-12-03 01:16王强
商品与质量 2021年42期
关键词:采空区顶板巷道

王强

四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司 四川广安 638020

沿空护巷是无煤柱开采技术的一大分支,它是维护在工作面后方的采空区边缘巷道。沿空护巷就是在工作面回采过程中,通过巷内加强支护、有效的巷旁支护等方法,将原巷道保留下来,作邻近工作面的一条巷道使用,其目的是一条巷道可以得到两次利用。沿空护巷可以提高资源回收率,极大缓解采掘接替紧张的状况,它是煤矿无煤柱开采的重要技术发展方向,是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项重大改革[1]。随着开采强度增加,推进度加快,传统砌筑混凝土墙沿空护巷方式耗费职工大量体力,不利于安全生产。龙滩煤矿开采的二叠系龙潭组一段K1煤层,煤层埋深较浅,龙滩矿井在浅部中厚煤层条件下,采用预裂爆破切顶卸压进行综采工作面沿空护巷,实践结果表明,超前支护工作面护巷巷道,超前预裂爆破工作面采空区侧顶板,工作面推进后采空区顶板直接垮落形成护巷墙体。通过沿空护巷采用先超前、后补强支护的手段,经过矿压观测,滞后工作面200m外,巷道顶板下沉量及两帮移近量变化减小,逐渐趋于稳定,护巷效果明显[2]。成功实施中厚煤层综采工作面切顶卸压沿空留巷试验,对具有类似地质条件的煤层实施沿空留巷提供借鉴意义。

1 工程概况

1.1 工作面参数及顶底板情况

3124北工作面位于龙王洞背斜轴部宽缓区域、龙滩矿井3116南工作面以南,开采二叠系龙潭组一段K1煤层,工作面煤层总厚0.35~2.90m,平均2.12m。位于二叠系下统龙潭组一段K1煤层中;基本顶为中厚层状粉晶灰岩(f=10~12),厚度4.95-7.4m;直接顶为砂质泥岩及薄层砂岩,f=2~6,厚度4.6-6.5m;伪顶岩性为碳质泥岩,f=4~6,厚度0.4-1.2m。其平均瓦斯含量7.05m3/t~11.56m3/t,煤层爆炸指数9.55%,K1煤层具有煤与瓦斯突出危险性。采面采用走向长壁后退式回采工艺,采空区处理采用全部垮落法。

1.2 工作面巷道支护参数

工作面机巷净宽4.3m,净高2.6m,两帮垂直于底板(水平面),S净=11.18m2,巷道开挖断面为宽4.5m,高2.7m,S掘=12.15m2。因巷道布置在K1煤层中,故沿走向布置,煤层倾角0°~2°。巷道顶板选用直径为Φ20mm,长度为2.2m的金属树脂锚杆,间排距均为800mm×800mm;采用碟状托盘压紧金属网,螺母为防松螺母。帮锚选用选用直径为Φ16mm,长度为1.8m的金属涨壳式可回收锚杆。加强锚索选用直径为Φ15.24mm钢绞线锚索加强护顶,锚索为单排布置,排距为3.2m。护顶辅助材料选用直径不小于10mm钢筋自制的钢筋梯将顶锚杆联成一体,并铺网孔50mm×50mm的菱形金属网护顶[3]。

1.3 工作面生产组织

工作面生产组织采用“三八制”作业,每天中、夜班生产,早班检修,同时沿空护巷人员进行工作面超前支护和后方护巷施工及喷浆工作。

2 工作面切顶卸压护巷工艺

2.1 工作面切顶卸压护巷方案

2.1.1 工作面超前支护

在3124北上顺超前20m范围支护采用“一梁两柱”棚式(单体液压支柱+11#工字钢),沿巷道走向按排距800mm布置,并在超前段巷道西侧沿巷道倾向(采用钢筋梯+锚索的方式)按800-1000mm距离布置一排加强支护。提前在巷旁0.5m处采用密集支柱同时在采空区距下帮1m处向顶板爆破切顶,采空区顶板切落形成墙体后进行挂网喷浆和加强支护工作。

2.1.2 工作面补强支护

滞后支护区巷内支护采用“一梁两柱”棚式钢梁(单体液压支柱+11#工字钢)支护进行加强护顶,加强护顶范围为当班砌墙起点起至以南20m,其支护距离紧随综采支架推移方向循环迈步进行。棚式钢梁采用11#工字钢加工制作,长3.8m,支柱采用DW35-250/100X单体液压支柱,棚式钢梁紧靠锚梁槽钢北侧沿巷道倾向居中布置,排距800mm,钢梁支护过程中棚式支架若与锚梁(锚索)重合,棚式支架间距可适当进行调整,但调整最大排距不得超过1000mm[4]。

2.2 工作面预裂爆破孔设计

(1)施工地点及长度:施工深孔预裂眼孔为上顺槽西侧按间距500mm布置一排炮眼,眼孔直径不得小于45mm。眼孔角度略向工作面倾斜15~20°夹角。聚能管眼孔沿工作面走向方向布置,施工时保证眼孔质量,应平直齐,成一条直线。

(2)根据目前矿使用的直径Φ32mm×300mm/卷的三级煤矿许用炸药,选用聚能管内径为Ф35mm、外径为Ф40mm,炮孔直径为50mm。采用毫秒延期电雷管。聚能管在加工钻孔眼时,施工一排密集眼孔,眼孔Ф4mm,眼孔间距3-5mm。

(3)为保证周边平整度、半边孔痕率及有效保护支架上方顶板,还应保证炮孔利用率,药量确定为小于1kg/孔[5]。

(4)预裂爆破孔施工方法。预裂爆破孔工器具:切顶钻机、Ф50mm钻头、PVC管(内径为Ф35mm外径为Ф40mm)。单孔预裂切缝效果图和顶板沿预裂缝切落效果图分别如图1和图2。

图1 单孔预裂切缝效果图

图2 顶板沿预裂缝切落效果图

2.3 沿空护巷矿压监测

2.3.1 测站布置与观测方法

在3124北上顺切顶护巷段前方50m开始共布设三个测区,测区布置如图所示。其中工作面前方布置I测区距离已采工作面800m,II区距离I测区50m,III测区距离II测区50m;每个测区分别安设2个观测站,观测站之间的距离2m。

2.3.2 观测计划

(1)巷道相对位移量测试。两帮及顶底板位移侧点在各测区埋设后,距开采工作面0~10m范围内,每天观测两次;11~20m范围内每天观测1次,21~50m范围内,每3天观测一次;50m以外每周观测一次。

(2)顶板离层及两帮深处位移观测。回采期间(作为机巷使用时)的观测时间:距回采工作面0~10m范围内,每天观测两次;11~20m范围内每天观测1次,21~50m范围内,每3天观测一次;50m以外每周观测一次。

2.3.3 巷道收敛变形总体分析

2019年10月18日~20日,3124N上顺槽强制放顶阶段,顶板下沉变化较为明显,其下沉变化量为6mm,两帮移近量为4mm;2019年10月21日~26日,采空区整体垮落阶段顶板下沉变化量为9mm,两帮移近量为10mm;2019年10月下旬至11月上旬,测站1随3124N工作面回采推进顶板下沉量及两帮移近量逐渐增大,尤其是2019年10月29日-11月7日,顶板下沉量及两帮移近量变化比较明显,其板下沉量为8mm,两帮移近量为11mm[6]。

3 实施效果

龙滩矿井3124北上顺顶板超前采用锚网索作为巷道的基本支护形式,在3124北上顺里程K0+50m段至K0+600m段进行切顶卸压沿空护巷试验,超前施工预裂爆破孔进行预裂爆破,工作面采空区顶板经预裂爆破切落形成墙体,并及时喷浆和加强支护,成功护巷长度550m,巷道平均高度2.6m。护巷后巷道围岩基本保持了完整,实践效果表明,采用预裂爆破切顶卸压护巷,巷道顶板未发生离层来压等现象,达到了预期的护巷要求。3124北上顺切顶卸压护巷墙体喷砼后整体效果图如图3所示。

图3 切顶卸压护巷墙体喷砼后整体效果图

4 结语

通过沿空护巷采用先超前、后补强支护的手段,经过矿压观测,滞后工作面200m外,巷道顶板下沉量及两帮移近量变化减小,逐渐趋于稳定,护巷效果明显[7]。

采用预裂爆破切顶卸压进行综采工作面沿空护巷,解决了传统砌筑混凝土墙进行沿空护巷费时费力的问题,确保了顶板支护和作业人员安全,同时多回收了煤柱[8]。3124北工作面可多回收原煤(按预留4m煤柱,工作面走向长1400m,平均煤厚按2m计算,则预留煤柱原煤量=1400×4×1.45×2=1.62万t),按龙滩矿井目前煤炭销售平均煤价450元/t计算,直接经济效益达到729万元,该方式沿空护巷不仅为矿井生产接替节省了宝贵的时间,同时创造了可观的经济效益,对具有类似地质条件的煤层实施沿空留巷提供借鉴意义。

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