成莊礦4311綜放工作面沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)研究

張志義

摘 要：當(dāng)前，煤炭行業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻，成莊礦作為集團(tuán)公司擁有優(yōu)質(zhì)煤炭資源的礦井之一，隨著礦井不斷向深水平延伸，瓦斯防突、采掘銜接、資源回收與利用等問(wèn)題日益突出。沿空留巷技術(shù)不僅能夠降低巷道掘進(jìn)率，解決回采工作面上隅角瓦斯積聚等問(wèn)題，還可以有效地提高優(yōu)質(zhì)資源回收率，因此，成莊礦決定以4311工作面沿空留巷項(xiàng)目為突破口，綜合研究沿空留巷期間回采工作面的瓦斯治理、機(jī)電設(shè)備配套、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等課題，為下一步實(shí)施無(wú)煤柱開(kāi)采、小煤柱開(kāi)采、煤柱回收等項(xiàng)目提供技術(shù)支持。

關(guān)建詞：沿空留巷 無(wú)煤柱開(kāi)采 充填系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0051-02

集團(tuán)公司根據(jù)成莊礦4311工作面3巷的地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，分析工作面上覆巖層賦存條件及圍巖狀況，引進(jìn)了高水充填技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)試驗(yàn)、研究和改進(jìn)，試驗(yàn)成功了泵送高水速凝充填材料巷旁充填技術(shù)。

1 4311工作面工程概況

工作面布置3條巷道，43111巷、43112巷和43113巷，工作面采用兩進(jìn)一回通風(fēng)方式，即43111和43113巷為進(jìn)風(fēng)巷，43112巷為回風(fēng)巷，巷道斷面為5×3.2 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

工作面傾斜寬210 m，走向長(zhǎng)1 318.4 m，可采儲(chǔ)量2 453 278.06 t，回采期限9個(gè)月。

2 沿空留巷加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)有巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)

4311工作面皮帶巷巷道斷面凈高3.2 m，凈寬5 m，走向長(zhǎng)度約1 318 m。皮帶巷采用錨網(wǎng)永久支護(hù)，沿煤層頂板掘進(jìn)，支護(hù)方案如下。

頂板：每排5根錨桿，間排距1 050 mm×1 000 mm，第一根錨桿距左幫400 mm，第5根錨桿距右?guī)?00 mm，均垂直施工。每排2根錨索，排距為2 000 mm，第一根錨索距左幫1 550 mm，第2根錨桿距右?guī)? 550 mm，均垂直施工。

兩幫：每排3根錨桿，間排距1 100 mm×1 000 mm，第一根錨桿距頂板500 mm，第3根錨桿距底板500 mm，均垂直施工。

2.2 巷道圍巖壓力計(jì)算

（1）巷道頂部壓力。

根據(jù)普氏理論，巷道頂部的壓力為：

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得巷道頂部每延米壓力為377.7 kN，平衡拱寬度的一半=6.5 m，巷道幫部松動(dòng)圈寬度為6.5-2.5=4 m。

為了偏于安全，工作面后部巷道圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)取2，則巷道頂部每延米壓力為755.4 kN；巷道頂部松動(dòng)圈寬度為8 m。

（2）巷道側(cè)壓。

根據(jù)普氏理論，巷道兩幫的側(cè)壓為：

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得巷道幫部每延米壓力為87.6 kN，壓力拱高 3.25 m，巷道側(cè)幫塑性區(qū)范圍為3.25 m。

為了偏于安全，工作面后部巷道圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)取2，則巷道幫部每延米壓力為175.2 kN；巷道側(cè)幫塑性區(qū)范圍為6.5 m。

（3）巷道底部底壓。

根據(jù)普氏理論，巷道底部壓力為：

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得巷道底部每延米壓力為23.57 kN，巷道底部的塑性變形極限深度為0.8 m。

為了偏于安全，工作面后部巷道圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)取2，則巷道底部每延米壓力為47.14 kN，巷道底部的塑性變形極限深度為1.6 m。

2.3 加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

（1）巷道頂部加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。

根據(jù)上述的巷道圍巖壓力計(jì)算，可知巷道頂部的每延米支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到377.7 kN以上。

巷道頂部每根錨索的支護(hù)強(qiáng)度按25 t計(jì)算，即每根錨索支護(hù)強(qiáng)度為250 kN。每根單體液壓支柱工作阻力按250 kN計(jì)算；每根木支柱按50 kN計(jì)算。

若巷道每隔1 m補(bǔ)打2根錨索，則每延米有2根錨索；每米巷道打單體液壓支柱1根，木支柱1.5根。則每米巷道的頂部支護(hù)強(qiáng)度為：

2×250+1×250+1.5×50=825 kN>377.7 kN

因此沿空留巷巷道頂部加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)為：巷道每隔1 m補(bǔ)打2根錨索；每米巷道打單體液壓支柱1根，木支柱1根，排距1 m。

（2）巷道煤幫加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。

根據(jù)上述的巷道圍巖壓力計(jì)算，可知巷道幫部的每延米支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到87.6 kN以上。

若巷道每隔2m補(bǔ)打1根錨索，則每延米有0.5根錨索。則每米巷道幫部的支護(hù)強(qiáng)度為：

0.5×250=125 kN>87.6 kN

因此沿空留巷巷道幫部加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)為：巷道每隔2 m補(bǔ)打1根錨索。

（3）巷道底部加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。

根據(jù)上述的巷道圍巖壓力計(jì)算，可知巷道頂部的每延米支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到23.57 kN以上。

巷道底部每根底角錨桿的支護(hù)強(qiáng)度按5t計(jì)算。

考慮巷道每隔1 m補(bǔ)打1根單體液壓支柱和1根木支柱，則每延米巷道的底部支護(hù)強(qiáng)度為：

250×1+50×1=300 kN>26 kN

因此沿空留巷巷道底部可不加強(qiáng)支護(hù)。需要注意的是，為約束兩次采動(dòng)的側(cè)向支承壓力，應(yīng)根據(jù)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)補(bǔ)打底角錨桿。

3 充填系統(tǒng)及工藝

3.1 充填設(shè)備選擇

由于高水速凝材料的甲料和乙料兩部分必須等量進(jìn)漿、混合均勻，其強(qiáng)度才能達(dá)到最大，而以往的泵大多采用往復(fù)式，一般兩側(cè)進(jìn)漿的注漿泵不是等量的，而且不是同時(shí)進(jìn)漿、同時(shí)出漿，難以保證甲乙料等量進(jìn)漿、均勻混合。推薦采用ZBYSB700/8-55型雙液注漿泵為臥式雙作用往復(fù)式活塞泵，該泵雙缸獨(dú)立，兩個(gè)吸排口，能進(jìn)行雙液注漿，注漿比為1：1，注漿速度分為4種。該泵兩出口連接混合器，雙漿液由混合器混合后輸出，攪拌桶采用JB1500型電動(dòng)攪拌桶。

3.2 充填工藝流程

（1）在工作面后方待充填區(qū)域，進(jìn)行清理浮煤（矸），吊掛充填袋等工作，將適宜的充填袋放入鋼筋網(wǎng)內(nèi)，聯(lián)接好鋼筋網(wǎng)，穿上對(duì)拉鋼筋，打牢單體液壓支柱，背實(shí)鋼筋網(wǎng)，準(zhǔn)備充填；

（2）檢查充填泵工作狀況，管路通暢情況，一切正常后，開(kāi)動(dòng)充填泵，攪拌輸送，進(jìn)料要等量均勻連續(xù)，嚴(yán)格控制好料漿配比。充填點(diǎn)人員觀察出料口流出均勻甲、乙混合料漿后，將混合管插入充填袋內(nèi)進(jìn)行正式充填。

（3）充填過(guò)程中，應(yīng)巡回檢查充填袋周邊情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。需要指出的是，當(dāng)充填體快要接頂時(shí)，應(yīng)密切觀察情況，盡可能地使充填袋接頂密實(shí)，不留縫隙。一旦接頂成功，應(yīng)立即將注漿管從充填袋內(nèi)拿出（并立即給信號(hào)停止注漿），并用繩將充填口捆扎結(jié)實(shí)，防止?jié){液外溢；

（4）充填結(jié)束后，用水清洗充填管路及充填泵，清洗污水進(jìn)入采空區(qū)，避免污染工作面和巷道。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)技術(shù)人員充分的準(zhǔn)備和調(diào)研，該礦確定了柔性模袋配合掩護(hù)框架巷內(nèi)注漿充填的技術(shù)方案，并于2014年7月8日成功施工第一個(gè)柔性模袋。截止到4月10日，共充填340個(gè)模袋，留巷長(zhǎng)度共計(jì)約1 025 m，留巷寬度和高度分別由原來(lái)的不足1.5 m和3 m穩(wěn)定在現(xiàn)在的2.5 m和3.1 m。通過(guò)對(duì)施工工藝的不斷調(diào)整和優(yōu)化，攻關(guān)組對(duì)該項(xiàng)工藝已有初步認(rèn)識(shí)，并為全礦推廣該項(xiàng)工藝奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張東升，馬立強(qiáng)，茅獻(xiàn)彪.綜放（采）大斷面原位沿空留巷技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[2] 袁樹(shù)來(lái)，袁偉昊.沿空留巷開(kāi)采技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2013.