沿空留巷技术在“三软”煤与瓦斯突出煤层中应用.pdf

4 2 能 源 技 术 与 管 理 2 0 1 0年第 4期 d o i 1 0 3 9 6 9 ／j i s s n 1 6 7 2 9 9 4 3 ． 2 0 1 0 ．0 4 ．0 l 7 沿 空 留 巷 技 术 在 “ 三 软 ” 煤 与 瓦 斯 突 出 煤 层 中 应 用 田富军 ， 贺治强 义马煤业集 团股份 有限公司 ， 河南 义马 4 7 2 3 0 0 [ 摘要] 在突出煤层中掘进巷道不仅工序繁杂巷道单进水平低， 而且容易引发突出事故， 其 已经成为制约煤矿安全生产和经济效益的瓶颈。义煤集团新安煤矿是煤与瓦斯突 出矿井， 该矿在回采工作面试验应用沿空留巷技术 ， 不仅 为瓦斯突 出工作面瓦斯治 理赢得 了时间和空间， 并且取得 了良好的经济技术效益。 [ 关键词] 沿空留巷 三软煤层 ； 瓦斯突出 混凝土巷旁支护 [ 中图分类号]T D3 5 3[ 文献标识码 ]B [ 文章编号 ]1 6 7 2 _ 9 9 4 3 2 0 1 0 0 4 0 4 2 0 2 1 地质条件及工作面概况 新安煤矿为煤与瓦斯突出矿井 ，设计生产能 力 1 5 0万 t ／ a 。井田走向长 1 5 ．5 k m， 倾向宽 3 ． 5 k m， 面积 5 0 ． 2 6 k m。 ； 新安井 田位于新安倾伏 向斜之北 翼 ， 为一平缓的单斜构造 ， 煤层倾角平缓 ， 一般为 7 。 ～1 1 。 。开采煤层二 煤平均厚 4 ． 2 2 m， 二 煤煤 尘具有爆炸危险性。 自然发火期 6个月 ， 属不易 自 燃煤层。煤层平均坚固性系数 f o ． 2 3 。 1 5 0 8 1工作面位 于 1 5 采 区上山西翼 ， 走 向长 度 6 3 8 m ， 倾斜长度 1 2 8 ．5 m， 煤层厚度 0 ～ 1 0 ．2 m ， 平均 3 ． 4 m。直接顶板为泥岩 ， 平均厚度 2 ． 2 I l 1 ． ， 抗 压强度 2 5 MP a 。老顶为细 、 中粒砂岩 ， 平均厚度 1 9 3 m， 平均抗压强度 7 5 ． 3 0 MP a ， 岩体 为块状结 构。 煤层直接底为砂质泥岩、 粉砂岩 、 泥岩 ， 平均厚 度 6 ．2 11 1 ， 抗压强度 4 2 M P a 。 工作面平均采深2 5 9 m 。 选择 1 5 0 8 1 工作面上巷沿空留巷 ，作为 1 5 0 6 1 工 作面的下巷使用。 2 沿 空留巷 2 ． 1 巷道断面选择 巷道断面形状及面积选择应考虑巷道 的用途 及巷道服务期内的变形量。按巷道的用途设计巷 道断面形状及断面积 ，然后加上巷道使用期内的 围岩变形量 主要是顶底板移近量 即为 1 5 0 8 1 工 作面上巷巷道断面积。 巷道服务期内的变形量为 UU 掘 U采 1 留 采2 式中 一 巷道服务期内的变形量 ， mm； 掘 一巷道掘进期间变形量 ， m m； 采 一第一个 回采工作面回采期间巷 道变形量 包括工作面超前压力影响 区和滞后压力影响区两部分 ， m m； u留 一沿空留巷期问巷道变形量 ， m m； f ／ 采厂 第二个 回采工作面回采期问超 前压力影响区巷道变形量， mm。 采用 “ 相似 比较法” ， 根据新安矿二 煤层顶 底板条件及沿空留巷采用的支护方法 ，参照相似 条件巷道的观测数据 ， 得出以下预测数据 1 巷道两帮移近量最大为 4 0 0 m m， 以上帮 移动变形为主 ； 2 顶底板移近量最大为 6 0 0 mm； 3 顶底板移近量以底鼓为主。 综合以上因素， 1 5 0 8 1 工作面上巷采用 1 2 矿工 钢梯形棚支护 梁长 42 6 0m m 净口长 40 0 0m m ， 腿长 2 9 5 0 mm， 扎角 7 8 。 ， 中宽 4 4 2 6 m m 梁下 I m 处 ， 底宽 梁下 2 ． 6 5 m处 5 3 2 7 m m， 净 断面积 1 2． 5 m 。 2 _ 2 支护参数选择 2 ． 2 ． I 沿空留巷巷道受力分析 沿空留巷在其服务期 内承受两次较大的动压 载荷 一次为工作面老顶从破断到“ 砌体梁” 平衡 结构形成过程中，工作面老顶回转与下沉使沿空 留巷巷帮筑砌带及巷 内支架承受较大 的支撑压 力。另一次为第二个工作面回采时工作 面超前集 中压力 ， 尤以工作面超前集中压力影响最大。 因此 沿空 留巷支护设计应 注意以下几点 1 工作面超前集中压力应作为巷旁支护及 巷内支护设计的依据 ； 2 沿空留巷煤墙帮在留巷期间会发生变形 与破坏， 应做好卸压修护的准备； 3 巷旁支护及巷内支架会受到一定的侧向 压力， 应有防侧压稳固措施。 2 0 1 0年第 4期 田富军， 等沿空留巷技术在“ 三软” 煤与瓦斯突出煤层 中应用 4 3 2 ． 2 ． 2 砌筑带断面形状及尺寸参数选择 为便于抗击顶板来压对砌筑带的影响 ，砌筑 带的形状采用直墙砌筑 。为了保证巷旁支护的稳 定性 ， 砌筑带宽高 比一般应大于 0 ． 5 倍 。1 5 0 8 1 工 作 面上巷 设计 净 高度 为 2 8 8 5 m m，砌 墙 高 度 2 6 0 0 mm， 得出巷旁支护宽度要保证 1 3 0 0 m m。 按砌筑带承受最大载荷计算其宽度 墙宽 K p 式 中 p 一沿 空 留巷砌筑 带单 位长度 的荷 载 ， MN ／ m； 一 混凝土 砌块极限强度， 取值2 0 M P a ； 一 可靠性 系数， 取值 1 ． 1 。 Q 3 y H g 式 中 层上覆岩层 的平均密度 ，取值 2 ． 6 5 ff m 一 工作面平均采深， 取值 2 5 9 m； 经计算 ， 墙宽 1 ． 1 m。 砌筑带宽度采用 1 ． 3 m， 高度从巷道底板至工 字钢梯形棚梁挡处 ， 如图 1 所示 。 图 1 沿空留巷巷旁支护示意图 2 ． 2 ． 3 砌块参数的确定及加工 考虑井下施工安全及作业环境，决定砌块 由 地面预制后运输到工作面使用 。依据人体劳动强 度 、工作空间和砌筑带尺寸等 因素设计混凝土砌 块尺寸为 长 宽 高 6 5 0 m m X 2 5 0 mm1 5 0 m m 每个砌块重量约 4 5 k g ， 准备砌墙高度 2 ．6 m， 砌块砼强度 C 2 0 ，水泥砂浆勾缝 ，砌块间交错搭 接。如有局部压裂 ， 采用喷砼修护或注浆加 固， 以 免采空区漏风导致采空区煤体 自燃或瓦斯聚集超 限 。 2 ． 3 主要安全技术措施 1 沿空留巷通风采用 21 5 k W 局扇压入 式通风 ， 风筒直径 5 0 0 mm， 局扇安装在 1 5 0 8 1工 作面上巷反向风门外的新鲜风流中，留巷初期风 筒末端 在 1 5 0 8 1工作 面上巷 里端头往 外 2 - 3 m 处 ， 供风距离为 6 8 8 m。 2 沿空留巷下帮砌墙 时 ， 与巷道顶部接顶 封闭严密， 防止老塘瓦斯涌出和向老塘漏风。 3 砌块与后 溜机尾空 间老塘侧 ， 必须用煤 袋堵严接顶 ，同时在后溜机尾处插入抽放管对老 塘瓦斯进行抽放 。 4 砌筑 时 ， 作业人员 必须站在可靠支护空 间内，严禁在无支护 、支护不可靠的作业空间施 工 。 5 巷砌筑前 ， 首先把底板清理平整见煤层 底板 ， 然后才能砌筑 ； 若巷道底板为松软煤层 ， 厚 度在 0 ． 5 m以上时， 可在埋实煤后 ， 采用“ 旧轨枕 水泥砂浆” 铺底 。 3 巷道状况 1 5 0 8 1工作 面沿 空留巷截 止 2 0 1 0年 5月底 已砌筑 2 6 5 m。从开切眼至 目前工作 面位置 ， 沿空 留巷墙体变形地段出现在距切眼 8 5 ～ 1 2 0 m处 ， 在 该范 围内巷道一处 出现支架棚梁变形 ， 5处出现 砌筑带顶部混凝土预制件压裂压碎现象，巷道顶 底板移近量 3 0 0 m m， 两帮移近量 2 0 0 m m。 结合工 作面矿压观测，判断 1 5 0 8 1 工作面初次来压步距 增大至 8 0 ～ 1 0 0 m范 围。但是没有 出现墙体被推 垮 、 大面积压酥的现象。 说明支护形式及支护参数 基本满足沿空 留巷要求 ， 达到预期 目标。 4 结论 1 煤与瓦斯突出工作面采用沿空留巷降低 了回采工作面的瓦斯治理难度 ，为工作面瓦斯抽 采提供了超前的时问和空间，对高突矿井瓦斯治 理有重要意义。 2 1 5 0 8 1 工作面沿空留巷多回收煤炭 1 0 9 2 0 t ， 节约掘进费用 2 8 8元 ， m， 经济效益显著。 3 选择合理的巷旁砌筑带参数 ， 是沿空留 巷成功和发挥经济效益 的关键 。 在设计 中， 要根据 巷道条件 的变化随时进行调整优化 ，保证安全生 产。 [ 作者简介] 田富军 1 9 6 2一 ， 河南扶沟人， 高级工程师， 1 9 8 3毕业 于阜新矿业学院，现任义马煤业股份有限公司副总经理。 [ 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 2 8 ]