沿空留巷“Y”型通风煤与瓦斯共采技术_许浩.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 对于开采吸附性强、 瓦斯含量大煤层的高瓦斯或 突出矿井而言， 一般采用采用先抽后采、 边采边抽的 瓦斯治理措施， 然而开采致密、 裂隙不发育煤层时， 采 动之前难以抽采瓦斯，采前预抽及 U 型通风不能有 效解决上隅角瓦斯积聚问题。 潞安集团夏店煤矿为高 瓦斯矿井， 目前主采 3 号煤层。生产期间为了解决掘 进和瓦斯问题， 原回采工作面一直采用 “两进两回” 的 “UL” 通风系统， 巷道之间的煤柱宽度 20m， 多条巷 道布置造成区段煤柱损失严重， 采出率低， 且煤与瓦 斯突出煤层， 掘进速度慢， 采掘接替紧张。因此， 以夏 店煤矿 3107 工作面为工程背景，研究高水材料巷旁 充填沿空留巷技术， 对实现工作面 “Y” 型通风， 避免 上隅角瓦斯超限和采空区通风问题及保证矿井接替、 降低开采成本等具有重要的意义。 1工程概况 3107 工作面回采 3 号煤层，煤层倾角平均为 5， 煤层平均厚度为 5.60m。煤层伪顶为厚为 0.30m 高岭石泥岩，直接顶为 6.45m 厚砂质泥岩，老顶为 5.70m 厚中粒砂岩，直接底为 4.50m 厚砂质泥岩， 老 底为 18.95m 中粒砂岩，局部含粉炭质条带， 3117 工 作面布置图如图 1。 图 13117 工作面布置 3117 工 作 面 回 风 巷 道 设 计 断 面 为 宽 高 （4.8m3.0m ） ， 3117 回风巷顶部支护形式锚网梁 锚索矩形断面支护，顶锚杆为直径 22mm，长度 2400mm 左旋无纵筋 （KMG500 ） 让压锚杆； 帮锚杆为 直径 20mm，长度 2000mm 等强锚杆，锚杆排距 700mm； 锚索为直径 22mm， 长度 7.3m 的低松弛钢绞 线， 锚索间距 2m， 排距 2m。即锚索梁按照 “3- 0- 3- 0” 方式施工， 帮锚杆上钢筋钢带加挂金属网。巷道在没 有经受工作面超前压力之前变形量较小， 但随着时间 沿空留巷 “Y” 型通风煤与瓦斯共采技术 许浩 （山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿 ， 山西 长治 046000 ） 摘要 为解决工作面巷道采掘接替紧张， 上隅角瓦斯聚集等问题， 提出高水材料巷道充填沿空留巷 技术， 利用公式计算出巷旁支护体宽度为 2.0m， 针对原巷道支护强度低、 锚固长度短的问题， 补打锚 杆锚索对支护体系进行补强， 通过沿空留巷形成 Y 型通风系统， 解决了工作面上隅角瓦斯积聚和超 限的问题。通过矿压观测， 留巷顶底板变形量保持在 1.0～1.5m 之间， 满足巷道在回采期间通风要求。 关键词 沿空留巷 ； 高水充填 ； Y 型通风 ； 锚杆支护 ； 矿压观测 中图分类号 TD823.82文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0066-04 “Y”type ventilation coal and gas co-production technology along the roadway XU Hao （Xiadian Coal Mine, Cilinshan Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Luan Mining Group , Changzhi 046000 , China） Abstract In order to solve the problem of mining displacement in the working face of Xinyuan coal industry and the gas accumulation in the upper corner, the roadway filling technology of high water material roadway filling is proposed, and the width of the roadside support- ing body is calculated to be 2.0m. The problem of low strength of the roadway support and short anchorage length is to reinforce the sup- port system by the anchor bolt and the Y-shaped ventilation system through the empty roadway, which solves the accumulation and over- run of the gas on the working face. problem. Through the results of mine pressure observation the deation of the top and bottom of the roadway is kept between 1.0-1.5m, which meets the ventilation requirements of the roadway during the mining. Key words retaining roadway along the empty ; high water filling ; Y-type ventilation ; bolt support ; mine pressure observation 66 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 的推移， 巷道变形逐渐加大， 导致部分区域巷道顶底 板几近闭合， 两帮移近量也非常大， 因此， 巷道在留巷 之前需进行补强支护处理。 2巷旁支护宽度的确定 根据 3107 工作面生产地质条件、邻近工作面开 采情况、 岩性和以往的岩层力学参数考虑， 具体地质 力学参数初步取值如下 煤层开采厚度为 5m， 工作面 长度 240m， 周期来压步距 20m， 巷道最大埋深 550m， 基本顶平均厚度为 2.5m，直接顶平均厚度 5.66m， 留 巷后巷道宽度 5.2m， 充填体宽度 2.0m， 上覆岩层容重 为 25kN/m3， 应力集中系数为 2.0， 基本顶岩层抗拉强 度 8MPa， 侧压系数为 0.4， 煤层粘聚力为 1.5MPa， 内 摩擦角 25o，煤帮采用锚杆支护，其支护阻力按 0.15MPa 考虑， 煤层倾角按平均 4考虑， 利用上述参 数计算回风巷充填体阻力 。 得到 3117 工作面回风巷 充填体的切顶阻力为 12.83MN/m。现场施工时， 充填 体平均强度按 8MPa 考虑， 则所需的充填体宽度理论 计算值为 1.61m。根据 3117 工作面回风巷顶板岩层 情况、 公式计算和以往的工程实践， 考虑安全系数、 充 填体完全置于采空区， 当采高不超过 3.0m时， 初步设 计确定巷旁支护体宽度为 2.0m。 3高水材料巷旁充填沿空留巷技术 3117 工作面回风巷充填时间较紧， 因此， 不适合 采用全袋式充填和混合式充填方法，经比较分析， 最 终确定采用分段阻隔注浆充填方法。 综合考虑井下施 工条件、 工作面超前支承应力的作用效果、 浆液固结 强度及材料消耗等因素， 确定充填材料的水灰比为 4 1 （初凝时间≤30min， 充填体终强 1.46MPa， 7d 强度为 终强的 90 ） ， 充填宽度为 2.0m。 3.1高水材料巷旁充填工艺 3117 工作面回风巷充填基本工艺流程如图 2 所 示。 ①砌筑止浆墙； ②管路安放； ③ 配料制浆。 制浆以 下几个步骤。加水 水灰比直接影响空巷充填材料的 强度、 凝结时间， 现场施工时需严格按照设计要求加 水。根据确定的水灰比 41，向搅拌桶内加入 750kg 水。加料加水后，向 1 搅拌桶加入 150kg甲料 （3 袋） 、 向 3 搅拌桶加入 150kg 乙料 （3 袋） 。当 1、 3 搅拌桶给充填泵供料浆时， 2、 4 搅拌桶加水、上料 准备搅拌。 搅拌 在添加空巷充填材料的同时， 启动搅 拌机， 浆液搅拌均匀一般需要 5min。④泵送充填； ⑤ 带压充填。 图 2工作面巷旁充填工艺流程图 3.2泵站准备 充填泵站要求有适当的操作和存料空间。 现场施 工时， 合理的泵站设置有利于提高充填效率。泵站应 尽可能固定于一个位置， 减少泵站移动次数及辅助运 输量。根据以上原则， 建议将泵站布置在辅助进风顺 槽内。 具体要求如下 ①配备 1 台双液充填泵， 4 台搅 拌桶 （甲料、 乙料各配 2 台搅拌桶） 、 5 个电磁启动器 （泵 1 台， 4 台搅拌桶对应 4 台 ） ，搅拌桶附近布置料 场。充填泵及搅拌机等设备水平摆放； ②泵站堆料平 台应能放置两天使用的注浆材料 （约 100t ） ； ③泵站点 设置 3 路供水管， 其中 2 路直径为 32mm， 用于搅拌 桶加水， 供水能力不低于 20m3/h， 且有单独的控制开 关， 保证注浆工作连续进行。 另 1 路用于注浆泵降温， 管径 19mm。靠近帮部挖掘沉淀池，规格 500 500mm， 沉淀池内的废水泵送至排水管内。 3.3劳动组织 沿空留巷后工作面推进长度不会超过 8m/d， 一 天充填两班， 每次充填长度 3m～4m， 具体充填长度由 工作面推进长度决定。充填作业安排见图 3。 图 3充填作业图 4加强支护技术设计 4.13117 回风巷加强支护技术 由于留巷时间较长， 为防止顶板离层， 留巷断面 收缩过大， 将原有的 “3- 0- 3- 0” 的锚索支护形式变成 67 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 “3- 1- 3- 1” 的锚索支护形式， 即在原施工的两排锚索 中间再施工一排锚索梁（每排 1 根锚索 ） ，锚索直径 22mm， 长 7.5m。每根锚索在钢带外再安装大托盘， 预 紧力不低于 100kN。非采煤侧巷帮在帮角处距底板 300mm 处补打一根 202400mm 锚杆；在煤柱侧巷 帮每 2 排锚杆补打一排锚索， 每排 2 根， 第一根距顶 板 800mm， 仰角 10， 第二根距顶板 2200mm， 锚索 锚索直径 22mm， 长 7.5m。回风巷加强支护见图 4。 图 4回风巷加强支护示意图 4.2充填区域上方顶板支护技术 为了保持充填区域范围内的顶板完整性， 在充填 区上方每割 1 刀煤补打 1 排 800mm800mm 锚杆， 每 2 排锚杆间加打 2 根直径 φ21.66300mm 锚索， 锚索距巷中距离分别为为 3500mm、 4700mm， 顶板锚 杆规格为 φ20mm2400mm左旋无纵筋锚杆，支护 布置见图 5 所示。 图 5充填区域上方顶板支护示意图 5沿空留巷 Y 型通风方式 3117 工作面回风巷采用沿空留巷后可实现 Y 型 通风， 由现在的进风巷作为主要新鲜风流进风、 现在 的回风巷作为配风巷进部分新鲜风， 经工作面后的污 风通过沿空留巷保留下来的巷道经联络巷与 3117 尾 巷沟通， 形成 Y 型通风系统， 再辅以其它措施治理瓦 斯， 可以从根本上解决高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯 积聚和超限的难题。 由于 3117 工作在底板较软， 属软弱围岩， 沿空留 巷后， 受侧向支承应力强烈作用， 沿空留巷后底鼓量 大， 全长留巷通风可能保证不了通风断面。 因此， 决定 采用的Y型通风方式为离工作面后方最近的2个联络 巷进行回风， 即到下一个联络巷时， 打开前一个联络 巷、 封闭最后边一个联络巷进行通风， 如图 6 所示。 图 6全长留巷时 Y 型通风方式 6矿压观测方案 为了观测 3117 回风巷支护参数的合理性，在巷 道中每 20～30m设一个测站进行观测， 巷道表面收敛 规律的测点布置一般采用十字布点法， 观测结果如下 图 7 所示。由图 7 可知 工作面后方 0～120m， 为留巷 采动影响阶段，巷道顶底板累计变形量最大为 484mm， 且主要以顶板下沉为主， 两帮累计最大变形 量为 401mm，以实体煤帮变形为主。工作面后方 130～240m 巷道断面累计变形量最大，平均宽度为 3299mm， 最大宽度为 3714， 最小宽度为 3007mm， 两 帮移近量在 600～1300mm， 以实体煤变形为主； 巷道 平均高度 2153mm，最大为 2667mm（，最小高度为 1847mm， 为设计断面的 65， 顶底板变形以顶板剧烈 下沉为主， 下沉量在 300～500mm。由图 7 易知此阶段 巷道断面收敛率远大于工作面后方 240～280m 的留 巷变形稳定阶段，最终顶底板变 形 量 保 持 在 1.0- 1.2m， 能巷道在回采期间的通风要求。 图 7顶底板、 两帮移近量与工作面距离关系图 7结论（下转第 71 页） 68 ChaoXing （上接第 68 页 ） 1 ） 根据 3117 工作面回风巷顶板岩层情况、 公式 计算和以往的工程实践，确定巷旁支护体宽度为 2.0m。 在工作面割煤后， 先推刮板输送， 再在端头铺设 顶网， 然后采用锚杆、 锚索加固充填区域顶板， 保持充 填区域范围内的顶板完整性。 2 ） 3117 工作面回风巷采用沿空留巷后可实现 Y 型通风， 辅以其它措施治理瓦斯， 可以从根本上解决 高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限的难题。 3 ） 根据矿压观测结果在工作面 240- 280m 之 间， 巷道围岩移近量逐渐变缓， 最终顶底板变形量保 持在 1.0- 1.2m之间，基本满足巷道在回采期间的通 风要求。 作者简介 许浩 （1973-） ， 男， 山西省长治市人， 工程师， 现在山西潞 安矿业集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿从事安全生产管 理工作。（收稿日期 2018- 7- 18） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 则， 即严格保证巷道支护工程质量， 确保锚杆 （索） 支 护后能达到设计的锚固力与预紧力， 对于失效的锚杆 （索 ） 要及时进行补打， 确保整个支护体系始终处于良 好状态； ④动态支护原则， 即根据巷道工程地质条件 合理进行巷道支护参数设计， 巷道支护设计是一个动 态的过程， 并不是一次完成， 因此需加强巷道围岩变 形等矿压观测， 及时收集矿压数据， 并对所提出的支 护参数进行对比优化， 实现巷道围岩有效控制； ⑤可 靠支护原则， 即锚杆 （索 ） 等支护材料选择合理， 锚杆 （索 ） 长度、 直径、 间排距等支护参数可靠， 一次成巷支 护质量高， 降低巷道返修率。 在遵循上述原则的基础上， 实现深部巷道围岩安 全稳定的支护对策是[5] 1 ） 首先利用高强度锚杆 （索） 金属网的联合支 护方式对巷道围岩进行及时主动支护， 将巷道表面围 岩固化，从而促进巷道围岩充分发挥其自承载作用。 大量成功的工程实践经验及理论研究表明， 随着巷道 转向深部， 对支护体系的要求越高， 提高锚杆 （索） 支 护强度势在必行。 2 ） 深部巷道支护采用高强度、 高预应力锚杆 （索 ） 金属网进行， 尤其提高巷道顶板的支护强度， 防止 顶板离层及垮落现象的发生。 3 ） 同时应加强巷道两帮的支护强度， 同样采用高 强度、 高预应力锚杆 （索 ） 进行支护， 以减小巷道两帮 的位移量。 4 ） 通过在巷道帮角处增加底角锚杆 （索） 以减小 巷道底鼓变形。 5 ） 增强锚杆 （索） 的锚固力、 预紧力， 使巷道支护 体系的强度得到提高， 对应围岩自承结构强度及稳定 性更好。 6 ） 对巷道进行动态矿压观测， 当巷道围岩所处地 质条件发生变化、 掘进施工工艺发生改变及围岩出现 大的变形时， 需及时对巷道支护参数进行调整。尤其 在地质构造带、 围岩变形破碎严重区域， 需要改变支 护参数并进行补强支护， 以保证巷道掘进施工的安全 进行。 4结语 浅部巷道的支护大多以围岩松动圈为基础， 用锚 杆、 锚索等常规支护手段增加松动圈的稳定性。而深 部围岩由于地应力大大高于浅部巷道， 岩体表现出很 大的流变性， 围岩可能出现多种变形破坏方式， 使得 巷道支护面临着更加艰巨的挑战。因此， 在选择巷道 支护形式以及确定各个支护参数时， 就应更加小心谨 慎， 选择合理的支护形式， 达到深部恶劣围岩条件下 巷道变形控制的要求。 参考文献 [1] 冯飞.高应力软岩巷道巷外掘巷卸压及二次支护技术[D]. 中国矿业大学,2015. [2] 黄厚旭.深部围岩变形中的主应力演化规律分析[D].辽宁 工程技术大学,2014. [3] 田振峰. 深井复合顶板回采巷道全长锚固锚杆支护技术 研究[D].安徽理工大学,2014. [4] 许刚刚.预应力岩石锚杆合理预张荷载确定方法研究[D]. 西安科技大学,2011. [5] 王李强.煤矿大变形软岩巷道联合支护方案研究[J].煤矿 现代化,201901105- 107. 作者简介 蔡迎超 （1988.03-） ， 男， 山西省汾西县人， 助理工程师， 2013 年 6 月毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现在山西 焦煤集团霍州煤电集团有限公司吕梁山公司方山木瓜煤矿 综采队从事生产技术工作。 （收稿日期 2018- 11- 24） 71 ChaoXing