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1、收稿日期: 2010- 06- 12 作者简介: 张现民 ( 1966?), 男, 河南新安人, 助理工程师, 1986年 毕业于河南省煤矿学校, 现任新安煤矿安检科副科长。 沿空留巷在新安煤矿 15081工作面的应用 张现民 (义煤集团公司 新安煤矿, 河南 新安?471842) 摘要: 沿空留巷可提高煤炭采出率, 介绍了义煤集团公司新安煤矿沿空留巷的支护设计, 并将沿空留巷与掘 进巷道进行了成本对比。通过对比, 采用沿空留巷技术可节约材料, 降低生产成本, 减少资源损失, 确保矿井 安全高效生产。 关键词: 沿空留巷; 煤炭回收; 砌筑带; 砌筑带支护 中图分类号: TD823 . 48?
2、 ? ? 文献标识码: B? ? ? 文章编号: 1003- 0506( 2010) 08- 0073- 02 ? 义煤集团新安煤矿开采单一煤层, 即山西组二1 煤, 煤层厚度 0 18?88m, 平均 4?22m, 煤层倾角 5 15 , 煤层的自燃倾向为 !类不易自燃煤层, 属煤 与瓦斯突出矿井, 煤尘有爆炸危险性, 煤层极不稳 定。为了缓解采掘接替紧张局面, 降低掘进成本, 根 据该矿 15081工作面地质条件及现有的支护工艺, 于 2010年 2月在 15081综采工作面回风巷进行了 沿空留巷试验, 取得了圆满成功。 1?15081工作面采矿地质条件 15081工作面位于 15采区上山
3、西翼中下部, 上 邻 15061工作面 (未圈定 ), 下邻 15101工作面 (未 圈定 ); 西邻 15 、 13上山采区保护煤柱, 东邻 15轨道 上山保护煤柱; 运输巷、 回风巷长度 680 m, 可采面 积 74 465?8m 2, 地面标高平均 + 342m, 工作面标高 平均 + 83m, 平均埋深 259 m。 该工作面地质条件简单, 褶曲宽缓, 二1煤层底 板基底有一定的起伏, 工作面局部存在薄煤带, 煤层 赋存不稳定, 煤层厚度 0 10?2m, 平均 3?4m, 属于 中厚煤层; 煤层倾角 4?0 9?0 , 平均 6?7 , 属于近 水平煤层; 15采区属无突出区, 瓦
4、斯绝对涌出量为 3 5m 3 /m in , 属于低瓦斯区; 工作面最大涌水量为 30 m 3 /h , 正常涌水量为 5 10 m 3 /h , 涌水量相对较 小; 煤层顶底板岩性为: 基本顶为平均 19?3 m 厚的 粉砂岩和中砂岩, 直接顶为平均 2?2m厚的泥岩, 伪 顶为 0 1?0m厚的炭质泥岩, 直接底为 6?2m 厚的 砂质泥岩、 粉砂岩和泥岩, 基本底为 4?3 m厚的硅质 泥岩。 2? 支护设计 考虑井下施工安全作业环境, 决定在回风巷采 用砌块配合工字钢的方法进行沿空留巷, 砌块由地 面预制后运输到工作面使用。 2?1? 砌块的设计及应用 依据人体劳动强度、 工作空间和混
5、凝土砌块强 度等因素设计混凝土砌块尺寸为 500 mm 250 mm 150mm (长 宽 高 )。一般混凝土平均密度 ? 为 2 400 kg/m 3。每个砌块质量约 45 kg。准备砌墙 高度 2?4m, 宽度 1?0 m; 砌块混凝土强度 C20 , 水泥 砂浆勾缝。 为增强墙体整体强度和稳定性, 砌块间交错搭 接, 砌体砌成后, 经过基本顶来压峰值压力过后, 如 有局部压裂, 采用喷混凝土修护或抬棚加固, 以免采 空区漏风导致采空区煤体自燃或瓦斯聚积超限。 据矿压设计资料提供的压力数据, 得钢筋混凝 土砌块极限强度 5?5MPa 。混凝土强度等级力学参 数特征见表 1 。 ? ? ?
6、? 表 1? 混凝土强度等级力学参数特征M Pa 混凝土 强度 等级 强度设计值 轴心 抗压 弯曲 抗压 抗拉 强度设计标准值 轴心 抗压 弯曲 抗压 抗拉 弹性模量 疲劳变形 模量 C157?58 ?50?910 ? 0111?222?0 103 C2010?0 11 ?01?113 ? 5151?5 25?5 10311 103 2?2? 砌筑带断面形状选择及尺寸参数的选取 为便于抗击顶板来压对砌筑带侧压的影响, 砌 筑带的形状采用直墙砌筑。为了保证巷旁支护的稳 定性, 护巷带宽高比一般应大于 0?5 , 根据目前 15081工作面回风巷高度为 2?0 2?4 m, 得出巷旁 支护宽度要保
7、证在 1?0 1?2m范围内。 #73# 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期 按承受载荷计算支护宽度: W = K1Q /S。其中, Q为上覆岩层载荷, Q= RH; R 为上覆岩层平均体积 力, 取 13 kPa ; H 为距离地表的深度, 查得 259 m; S 为混凝土砌块极限强度, 查得 3 500 4 500 kPa ; K1 为可靠性系数, 取 1?1 。 代入计算得: Q = 3 367 kN /m, W = 0?93m。 因此, 初步设计砌筑带宽度为 1 m, 高度从巷道 底板至工字钢梯形棚梁处。根据初期顶板压
8、力对砌 筑带的影响情况, 考虑后期为节省材料投入消耗, 初 步设计后期砌筑带的宽度为 1 m, 高度从巷道底板 至工字钢梯形棚梁处。 2 . 3? 砌筑带与回采工序之间的衔接 ( 1)在 15081工作面安装期间, 应当预留 1架 支架的宽度, 即 1?5 m, 确保砌筑带的砌筑与回采工 作面平行作业。在初采期间, 回风巷 2个绞车窝不 回撤, 并按照要求打好抬棚支护。 ( 2)随着工作面的推进, 砌筑带要及时砌筑, 要 求砌筑带滞后回采工作面 1 3m。 ( 3)在滞后工作面的空顶区域, 及时打走向交 错迈步抬棚 ( 4 m 长大杆 ), 一梁五柱 %, 及时加强 顶板支护, 确保砌筑作业空
9、间的安全。 ( 4)随着工作面的推进, 若砌筑带采空区侧顶 板不垮落, 当悬顶长度沿倾向超过 1m时, 应强制放 顶, 防止顶板大面积垮落造成推垮型事故。 2 . 4? 砌筑支护施工要求 ( 1)砌筑之前, 必须把浮煤清理干净, 底板清理 平整, 然后再砌筑。若巷道底板有底煤, 必须清理底 煤, 待露出基底后才能砌筑。 ( 2)在砌筑砌块之前, 先用旧轨枕铺设在底板 之上, 然后垂直于巷道顶底板进行砌筑。 ( 3)在砌筑砌筑带时, 要求梁挡外侧 (即靠采空 区侧 )的宽度不小于 500 mm, 梁挡内侧 (即靠巷道 侧 )宽度不小于 300 mm。 ( 4)为便于后期取梁回撤工作, 在砌筑带与
10、工 字钢梁交接处铺上 1层旧胶带, 变刚性接触为柔性 接触, 并在梁内外两侧垂直于工字钢梁方向 (沿走 向 )铺设 2根旧道轨, 使工字钢受力均匀。 ( 5)砌筑带砌筑的同时, 在对应地点回风巷上 帮加打戗柱支撑顶帮, 戗柱要打在工字钢梁上, 必须 支撑有力。 ( 6)砌筑带沿 15081工作面回风巷下帮布置, 滞后综采工作面过渡架尾梁 1 3 m。 ( 7)在砌筑时, 及时在砌块间涂抹混凝土砂浆, 增强砌体墙的整体性和密闭性。 ( 8)在进行砌筑带砌筑时, 每隔 20 m 预埋 1根 ? 200mm 的瓦斯抽放管, 预抽采空区瓦斯。 ( 9)若沿空留巷往采空区漏风, 必须对漏风地 点进行糊黄
11、泥、 水泥砂浆或喷射混凝土砂浆, 确保砌 筑墙的密闭性, 防止向采空区漏风或采空区瓦斯溢 出, 造成采空区煤层自燃或沿空巷道内瓦斯聚积事 故发生。 ( 10)每班跟班队长派 1 2人查看沿空留巷巷 道, 发现漏风、 棚梁变形及时处理。采用砌筑带支护 的断面如图 1所示。 图 1? 砌筑带支护断面 3? 经济效益对比 根据沿空留巷支护方案, 每米所用混凝土砌块 为 130块, 旧道轨可回收复用, 工人工资 480元 /m 等, 留巷技术每米费用共计 2 040元。 经计算, 掘进巷道每米的费用为 2 524元。比 沿空留巷每米多 484元。 由于沿空留巷可回采煤柱, 比留煤柱护巷方式 (按留设
12、3 m宽煤柱计算 )每米多回采原煤 10?5 , t 按 600元 / t价格, 每米可多盈利 6 300元, 故采用沿 空留巷总体经济效益优于掘进巷道。采用沿空留巷 节省的煤柱原煤量 7 140 , t 节省煤柱总费用 428?4 万元, 由此沿空留巷比掘进节省费用 32?912万元。 采用沿空留巷的方式, 经济上可增加收入合计 461?312万元。如果巷道预留煤柱宽度大于 3 m, 其 回收的煤炭资源价值将更高。 4? 结语 ( 1)该矿目前煤层赋存不稳定, 万吨掘进率 60 90m /万 , t 采用沿空留巷技术, 对缓解采掘接替紧 张问题具有一定现实意义。 ( 2)用沿空留巷的方式,
13、经济上可增加收入 461?312万元。(下转第 76页 ) #74# 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期 (方向与巷道平行 )。 在巷道顶板中间布置 1个孔, 在中间孔两侧间 隔 2 m再施工 2个孔, 在中间孔两侧间隔 4 m 再施 工 2个孔。中间孔与两侧孔前倾 70 , 孔径 75mm, 离中间孔 4m 的 2个孔前倾 45 , 孔径 75 m, 孔深均 为 10m, 全孔取心, 每个孔埋入 1根 ? 50?8mm、 长 6 m 的注浆管, 向内注入水灰比为 1 注浆孔径 42 mm, 注浆孔深度不小于 2 500 mm
14、, 间 排距为 1 500 mm 3 000 mm, 注浆顶锚杆采用 ? 20 mm 3 000mm的无缝钢管制作, 帮锚杆采用 ? 20 mm 2 500 mm 的无缝钢管制作 (注浆顺序采用自 下而上、 左右顺序作业的方式, 每断面内注浆锚杆自 下而上先注底角, 再注两帮, 最后注拱顶锚杆 ); 支 架间喷射混凝土强度为 C20 , 喷厚 100 mm。 ( 3)质量要求。严格按照 煤矿井巷工程质量 检验评定标准 (进行施工, 必须保证巷道高度不低 于 2 600 mm, 高度不够时按腰线进行拉底; 每个断 面打注浆锚杆孔 5个: 拱中间 1个, 拱顶侧左右各 1 个, 拱底侧左右各 1个
15、。 ( 4)打孔。用? 42mm 钻头打眼 2 000 mm, 下 入? 25?4 mm 无缝钢管, 孔口缠绕生麻, 将管打入孔 内, 孔口留有 100 mm 长丝扣, 与阀门连接。 ( 5)注浆。在 1个断面成孔后与阀门连接。将 zT60注浆机与注浆短管连接好, 用水灰比为 1&0?6 1&0?7注浆液进行注浆。注浆采用先下后上的方 法, 单位注浆量一般在 20 400 L /孔, 注浆终压 1?5 MPa 。 通过采取上述方法进行注浆改造, 东水仓 80 m 及车场 90 m软岩段变形得到了有效控制, 近 2 a没 有变形, 保证了巷道的安全畅通。 4? 措施改进建议 ( 1)尽快查明掘进
16、巷道的围岩工程力学性质, 对断层及极软地层必须超前加固注浆。 ( 2)加强对软岩的应变研究, 对变形量大、 难控 地段, 采取多种形式的联合支护。 ( 3)在光爆、 短掘短支、 架棚支护方面, 针对不 同的地质条件及时修改措施。 5? 结语 刘河煤矿 2处复杂地段巷道注浆加固取得成 功, 改变了围岩的强度, 改善了工人的作业环境, 保 证了通风、 运输等各方面的安全畅通, 且大大减少了 重复修复巷道所需费用, 2 a多来, 共节省修复费用 40万元, 经济效益显著。 (责任编辑: 秦爱新 ) (上接第 74页 ) ? 在煤矿开采过程中, 由于种种原因留下许多煤 柱而不能采出。煤柱中数量最大的损失就是各类巷 道的保护煤柱, 尤其是采区中的采、 准护巷煤柱。随 着开采深度的增加, 煤柱宽度将越来越大。在中厚 煤层开采中, 应用沿空留巷技术, 可提高采出率, 减 少资源损失, 降低万吨掘进率, 缓和了采、 掘接替紧 张的关系, 创造了可观的经济效益, 社会效益明显。 (责任编辑: 刘光雨 ) #76# 2010年第 8期 ? ? ? ? ? ? ? ?中州煤炭? ? ? ? ? ? ? ?总第 176期