大采高充填工作面巷道超前支护优化_林伟立(1).pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 我国煤矿 “三下” 压煤的情况比较普遍， 然而 “三 下” 开采会造成地表沉陷、 地面建构筑物损毁以及生 态环境破坏等， 严重影响矿区人民的生产生活。充填 开采作为 “绿色开采” 体系的重要组成部分， 能良好的 控制采空区上覆岩层的下沉， 减轻地面建构筑物的受 损程度， 是实现 “三下” 压煤开采的有效技术[1～5]。 1331 充填开采工作面煤层采出厚度为 4.0 m，现按照不充 填的大采高工作面进行超前支护设计， 不仅造成了很 大的浪费， 还面临着工人劳动强度大的问题。为了降 低工人劳动强度， 提高充填开采工作效率， 本文通过 对 1331 工作面前方的采动支承压力进行现场实测和 数据研究， 得到了支承压力的分布特征， 在此基础上 确定了合理有效的巷道超前支护优化方案。 1工程概况 为减小地表沉陷， 1331 工作面采空区进行膏体 充填处理， 工作面开切眼北临 1307 工作面采空区， 中 间留有 77m隔离煤柱； 西为北二工作面采空区， 中间 留有 51m隔离煤柱； 东临 1335 膏体充填开采工作面 采空区， 间隔 133m隔离煤柱。工作面停采线为 1331 工作面 1 联络巷， 南距 130 北翼管子道 150m， 工作 面东部及东南部都是实体煤区。1331 工作面埋深 280～300m 左右， 工作面煤层的平均厚度为 4.30m， 膏 体充填处理采空区。 工作面超前支护采用单体液压支 柱， 配合铰接顶梁， 减少超前支承压力对巷道围岩的 破坏。 2工作面前方支承压力实测研究 为了得到大采高充填工作面前方支承压力的分 布特征， 在充填工作面前方 100m 位置处的巷道两帮 布置了围岩应力传感器。共 3 个围岩应力传感器， 埋 深分别为 5m、 7m 和 9m，传感器编号为 11、 12、 大采高充填工作面巷道超前支护优化 林 伟 立 （兖州煤业股份有限公司 鲍店煤矿 ，山东 邹城 273500 ） 摘要 为进行膏体充填开采工作面超前支护进行优化设计， 对 1331 大采高膏体充填工作面巷道超 前矿压规律进行研究， 通过超前巷道围岩钻孔应力监测观测， 研究得到了工作面超前支承压力影响范 围及程度， 了解了巷道受超前支承压力采动影响情况。结果表明 膏体充填开采工作面超前前方受支 承压力扰动的距离约为 30m， 扰动剧烈的距离约为 10m， 工作面前方煤壁的破坏区为 3.6m， 工作面开 采对前方巷道扰动程度相对采空区全部垮落法工作面较低。在此基础上确定了合理有效的巷道超前 支护优化方案， 达到了降低工人的劳动强度的目标。 关键词 大采高 ； 膏体充填 ； 支承压力 ； 支护优化 中图分类号 TD82文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0029-03 Optimization of roadway ahead support for large mining height filling face LIN Weili Zhuzhou Coal Industry Co., Ltd. Baodian Coal Mine , Zoucheng 273500 ， China Abstract In order to optimize the design of the advance support of the plaster filling mining face, the advance mining pressure law of the roadway of the 1331 large mining height filling face is studied, and the work is obtained through the monitoring and observation of the surrounding rock drilling stress of the leading roadway. The influence range and extent of the front support pressure are known, and the influence of the roadway on the lead support pressure mining is known. The results show that the distance from the supporting front of the plaster filling mining face is about 30m, the disturbing distance is about 10m, the damage area of the coal wall in front of the working face is 3.6m, and the working face mining is relatively disturbing to the front roadway. The working area of all goafs in the goaf is lower. On this basis, a reasonable and effective optimization scheme for roadway advance support was determined, which achieved the goal of re- ducing the labor intensity of workers. Key words large mining height ; paste filling ; bearing pressure ; support optimization 29 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 13。围岩钻孔应力传感器采用 Φ42mm水平钻孔探 入安装， 如图 1 所示。 图 1围岩应力传感器安装示意图 由于安装 11 传感器的钻孔在超前支撑压力的 作用下发生变形、 松动， 导致传感器与煤体不完全接 触， 压力值逐渐下降为 0， 因此， 主要对 12 和 13 传 感器进行分析， 如图 2、 图 3 所示。由监测数据可知， 12 传感器初始压力值为 5.8 MPa，随着工作面的不 断推进， 压力值出现了小幅下降的趋势。 自 11 月 6 日 九时十五分， 传感器受力显著增加， 到十六时五十二 分达到最大值 25MPa， 然后快速的降低。13 传感器 初始压力值为 5.8 MPa， 自 10 月 28 日开始， 随着工作 面的不断向前推进传感器受力缓慢增加；自 11 月 3 日开始， 传感器受力增加速度变快， 在 11 月 6 日上午 九时，传感器受力快速增加，晚上十时达到最大值 17.1MPa 以后快速降低。 经分析可知， 压力值出现小幅下降主要是因为超 前支承压力局部应力分布不均导致， 或是此处煤体存 在一定的弱结构面，导致围岩应力向周围区域转移。 充填开采工作面前方受支承压力扰动的距离为 30m， 扰动剧烈的距离为 10m。 当围岩应力传感器距工作面 的距离为 3.6m时，在超前支承压力的影响下煤体受 力迅速增加， 传感器读数也快速达到最大值。当煤体 受力超出屈服极限后发生塑性破坏， 承载能力急速下 降， 采动支承压力继续向前方转移， 工作面前方 3.6m 范围内为煤体破坏区。可见， 充填工作面由于采空区 充填后能够对上覆岩层起到良好的支撑作用， 工作面 四周煤柱受力相对较小， 工作面前方巷道受超前支承 压力的扰动程度较小。 图 212 围岩应力分析 图 313 围岩应力分析 3巷道超前支护优化 3.1超前支护距离 1331 工作面轨道顺槽、皮带顺槽各支设两路超 前支护， 采用单体液压支柱配合铰接顶梁支护， 原设 计支护长度不少于 20m。 通过对矿压观测数据进行分 析可知， 充填开采工作面前方受支承压力扰动的距离 为 30m，扰动剧烈的距离为 10m，但在工作面前方 10m之外煤体应力增长不明显， 因此超前支护距离的 距离可以缩短。 3.2单体液压支柱支设 1 ） 单体液压支柱纵向和横向都应布置在一条线 上， 误差不大于100mm。 2 ） 支柱不可架设在浮煤矸上，坚硬底板要刨柱 窝、 见麻面； 底板松软时， 支柱必须穿鞋。 3 ）采用圆柱销将铰接顶梁相互固定， 而且要求平 直， 铰接率不得低于 90， 避免铰接顶梁连续不铰接 情况。 工作面上、 下端头横跨机头、 机尾处铰接顶梁空 载， 此处铰接顶梁必须插齐水平销子， 用锤砸紧， 并挂 好防飞链。 4 ） 保证支护设备质量， 支护设备使用前提前检 修， 禁止使用有问题的支柱以及顶梁， 所有铰接顶梁 必须铰接使用。 5 ）所有单体液压支柱三用阀平行工作面顺槽使 用， 注液口应方向一致朝向充填区。 6 ） 两顺槽在工作面前方 25m 内高度不可低于 1.8m， 人行道的宽度不可低于 0.8m。 7 ） 必须采用一根直径不低于 5.08mm 的钢丝绳 将支柱逐排连接为一体，提高单体液压支柱稳定性， 避免单体液压支柱倾倒砸伤工人， 钢丝绳末端须固定 于顶板钢带或金属网上。 （下转第 33 页 ） 30 ChaoXing （上接第 30 页 ） 8 ）单体液压支柱初撑力 60kN 以上， 保证支撑有 效， 单体液压支柱可缩量 200mm以上， 防止单体液压 支柱被压死。 4结语 通过巷道围岩应力观测， 研究得到了工作面超前 支承压力影响范围及程度， 了解了巷道受超前支承压 力采动影响情况， 在此基础上对充填工作面巷道超前 支护进行了优化。 现场应用效果表明优化后的方案能 够满足巷道支护要求， 将巷道变形量控制在合理范围 内。研究成果减轻了工人的劳动强度， 提高了支护效 率， 降低了支护成本， 有利于降低工作面综合成本和 矿井保安全促生产， 取得了良好的经济和社会效益。 参考文献 [1] 范浩.我国煤矿充填开采的研究进展[J].煤炭技术,2015,34 （1） 7- 8. 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[5] 杨宝贵,李永亮,宋晓波， 等.充填开采工作面矿压显现规 律数值模拟分析[J].煤炭工程,2013,45 （4） 69- 70,73. 作者简介 林伟立 （1975-） ， 男， 山东滨州人， 本科学历， 毕业于山东 科技大学采矿工程专业， 高级工程师。 （收稿日期 2019- 3- 12） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 段可以采用低强度充填体。 3.2充填材料 根据分段充填方式中 D 段、 E 段、 F 段对充填体 性能的不同要求， 配置两种充填材料， 一种为高强速 凝材料， 使用水灰比 1.2∶1， 一种为高水充填材料， 使 用水灰比 3∶1， 两种材料性能对比见表 2。 表 2两种充填材料性能参数表 3.3分段充填过程及效果考察 分段充填过程 在大巷内通过钻孔、 插管方式对 各段进行充填， 如图 4 所示钻孔。首先根据各段体积 估算充填材料用量，在充填过程中配合钻孔电视观 察， 以保证分段充填大致准确。 效果考察 空巷宽度 6m， 总计工期 25d， D 段充 填体积 637m3， E 段充填体积 478m3， F 段充填体积 256m3， 共计充填 1371m3， 消耗高强速凝材料 650t， 消 耗高水充填材料 85t。 工作面到达空巷时， 充填体强度 足够， 帮部直立， 未发生片帮、 冒顶现象， 用时 1.5d 顺 利通过。 4结论 1 ） 1506 工作面与穿层空巷斜交，带来支架倾 斜、 下沉， 瓦斯积聚隐患， 必须进行充填处理； 2 ） 在工作面中部大巷内钻孔输送石子、 细沙、 浆 液分段堆积， 解决了空巷底部隔离挡墙设置问题； 3 ） 根据各部分充填体功能不同，进行了分段充 填设计， 并介绍了高强速凝材料和高水充填材料两种 材料； 4 ） 效果考察表明，总计工期 25d，共计充填 1371m3， 消耗高强速凝材料 650t， 消耗高水充填材料 85t。 工作面到达空巷时， 未发生片帮、 冒顶现象， 用时 1.5d 顺利通过， 充填效果良好。 参考文献 [1] 刘建宇,康国彪.补连塔煤矿 12413 工作面过上覆空巷矿 压规律[J].煤矿安全， 2019， 49 （S1） 18- 22. [2] 赵勇,陈正拜,陈帅志.等.综放工作面过空巷时围岩控制 研究 [J].煤炭技术， 2018， 37 （10） 37- 39 作者简介 柴文军（1980-） ， 男， 汉族， 山西省阳泉人， 本科学历， 采 煤工程师， 现在阳泉煤业 （集团） 有限责任公司三矿生产技术 部任职， 主要从事采煤和掘进方面的工作。 （收稿日期 2019- 3- 15） 项目高强速凝材料高水充填材料 初凝时间 /min1030 终凝时间 /min4080 单轴抗压强度 /MPa 1d6.51.5 3d8.52.6 7d11.53.2 备注D段、 F 段E 段 33 ChaoXing