留小煤柱沿空掘巷技术的研究与应用.pdf

煤 炭 工 程 2 0 0 6年第 5期 王 海涛，黄 自发 国投新 集能源股份有 限公 司 新 集二矿 ，安徽 淮南 2 3 2 1 8 0 摘 要 在工作面巷道布置 中，推广 留小煤柱 沿空掘巷技术对提 高煤炭 资源 回收率有重要 意义。文章介绍 了新集二矿实施 沿空掘巷技术时采取的技术和管理措施。 实践证 明只要措施得 力 ．沿空掘巷完全能保证工作面掘进和回采安全。 关键词 沿空掘巷 ；支承压力；锚杆 支护；煤壁加 固 中图分类号 T D 3 5 5 ． 9 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 6 0 5 ． 0 0 2 2 0 3 新集二矿在 1 8 1 0工作面之前 ，巷道布 置一直采 用较大 的煤柱护巷，即上一工作面的机巷与下一工作面的风巷之 间留有 2 0 ～3 0 m护巷煤柱。这种留宽煤柱护巷布置方式缺 点明显 ．一是浪 费大量 的煤炭 资源 ，二 是下 一工作 面 风巷 正好布置在应力升高区，巷道断面收缩率大，巷修工程量 大，并严重影响工作面的推进。为此 ，在 1 8 1 0工作面首次 采用留小煤柱的沿空掘巷技术并取得了成功，为新集二矿 全面推广沿空掘巷技术 积累 了宝贵 的经验 。 1 概 况 1 ． 1 煤层地质条件 8煤层结构简单 ，内生裂隙发育，裂隙面充填黄铁矿 膜，抗压强度 8 ． 5 MP a ，煤层坚固性系数为 0 ． 9 ，煤层倾角 平均 9 。 ；工作面范 围内 ，煤 层 顶板 裂 隙较 发育 ，局 部 较破 碎。掘进中揭露断层落差大于 l m的 5条，面内有一条落差 4 ． 0 m 的中型断层 。直接 顶 为砂 质泥 岩 ，平 均厚 6 ． 9 m，局 部裂隙发育，抗压强度 1 3 ～4 5 ． 5 MP a ；老顶为泥岩 ，平均 厚 5 ． 0 m；直接底为泥岩平均厚 6 ． 2 m，泥质结构，局部具 有高角度裂隙。老底为 7 2煤，平均厚 1 ． 4 m。 工作面上部为 1 8 0 8采空区，存在大量积水，根据充水 性图计算上部 1 8 0 8采空区积水达 8 ． 0万 m 。 1 ． 2工作 面概 况 1 8 1 0工作 面是新集 二矿一 水平 中央采 区东翼 8煤层 工 作面。本工作面西起 8煤工业广场保护煤柱，东为 8煤东 翼轨 道上山煤柱及 E l 8 1 0采空 区 ，南 为 1 8 0 8采空 区 ，北 为 1 8 1 2 采 空区 ，上覆 1 1 2煤 的 1 1 0 4和 1 1 0 6采 空 区。该 工 作面是 “ 孤岛”开采 ，上 下都是 采空区，该块 段走向长 6 4 5 m，倾斜 长 1 3 5 m，煤 层厚 3 ． 3 m，储 量 4 0 ． 5万 t 。 2 工作面巷道布置 2 ． 1 区段平巷位置的选择 根据矿压理论，在采空区两侧沿倾斜方向煤体按应力 变化分为三个区，即边缘应力降低 区、应力升高区和原岩 应 力区。因此掘巷 的位 置有 四种选 择 ①应 力降 低 区中无 煤柱沿空掘巷；②应力降低区留小煤柱沿空掘巷；③应力 升高区的掘巷；④原岩应力区留大煤柱护巷。在应力升高 区掘巷，巷道不易维护；在原岩应力区掘巷，煤柱损失 比 较大；无煤柱掘巷存在巷道通风、上区段采场采空区残煤 自燃、采空区积水等不利因素。因此区段平巷最佳位置为 应力降低区，留小煤柱沿空掘巷。 2 ． 2 8煤层沿倾斜 支承压力显现特征 为了掌握 8煤层 沿倾 斜 方 向三 个 应 力 区 的 参数 ，在 1 8 1 0布置块段沿倾斜掘了一条6 0 m长的小断面矿压观测巷 道 。在观测巷道中每隔 5 m设 置一个观测点 ，进行顶底板移 近量观测 ，从 1 8 0 8工 作面距观测巷 5 0 m 时开始 至工 作面推 过观测巷后 6个 月结 束 ，整 个观测 时 间为 6 ． 5个 月。取得 了比较完整的数据。从各测点总的顶底板移近量曲线 图 1 上 ，根据应力与应变的关系可以得 出应力降低区范围为 0 ～8 m；应力升高区范围为 8 ～4 0 m，支承压力峰值距煤体 边缘 2 0 m，受支承压力严重影响范围为 1 O ～3 0 m；4 0 m 以 外 为原岩应力区。 2 ． 3工作面巷道布置 根据以上分析，确定 1 8 1 0风、机巷分别距上、下工作 面机 、风巷水平中心距为 8 m，两巷之间净煤柱为 4 m 见图 2 ，巷 道跟煤层 顶板 掘进。 收稿 日期 2 0 0 6一O 2 一l 7 作者简介王海涛 1 9 6 9一 ，男，安徽庐江人，采矿工程师，1 9 9 3年毕业于阜新矿业学院采矿系，一直从事采矿设 计、现场技术及安全管理工作 ，2 0 0 5年通过国家考试 ，取得注册安全工程师执业资格。 2 2 维普资讯 2 0 0 6年第 5期 煤 炭 工 程 6 0 0 口 咖f 4 5 0 憾 3 0 0 杜l 臀 l 5 O l 0 2 0 3 0 40 5 0 60 测点距采空区距离 ／ m 图 1 观测期各测点总的顶底板移近量 曲线 东翼 8 煤底板轨道大巷 蛹 甓运 } 8 o g 他区冉 、 ， Ir 。 ‘ 。 ⋯ r F O II6 】 回 旺 l 8 1 0风巷 1 8 1 0机 巷 篓 螺 址 U ．、 J础 1董8 1 2 餐鹭 ； 羹 图 2 1 8 1 0工作面巷道布置 图 3 风巷支护设计与施工 下面以工作面风巷为例，介绍风巷支护设计与施工。 3 ． 1 风巷支护设计 3 ． 1 ． 1 巷道支护设计 巷道设 计为矩形 断面 ，规 格 为 3 6 0 0 mm2 8 0 0 mm。支 护方 式 选 择 为 全 锚 网 支 护 ；锚 杆 间 排 距 为 7 5 0 mm 7 5 0 mm，顶板每排 5根锚杆，实体侧每排 3根锚杆 ，采空 区侧每排 5根锚杆；锚固方式为树脂锚固剂全长锚固，2支 K 2 3 6 0 锚固剂；每排锚杆用 4根 H型钢带连成整体；巷道 中间打二排锚索。排距 1 5 0 0 mm，间距 3 0 0 0 mm，呈三花型 布置。 3 ． 1 ． 2 支护材料 1 锚杆长度 2 2 0 0 mm，杆尾螺纹使用螺纹钢原生螺 纹 ；顶锚杆为 2 0 右旋螺纹钢 ，帮锚杆 为 1 8 右旋螺纹钢 。 2 H型钢 带 采用 l 2圆钢焊 接 而成 ，宽 度 9 0 mm， 长度 2 5 0 0 ram，顶部两根 ，每帮各一 根。 3 垫板 采用 l O O mml O O mm 碟形高强垫板。 4 钢筋 网采 用 似mm 钢 筋 焊 接 而 成，规 格 为 9 0 0 0 mml O 0 0 mm，网孑 L l O O mml O O mm。 5 锚索采用 1 5 ． 2 4 m m低松驰预应力钢绞线，长度 6 3 0 0 m m；4支 Z 2 3 5 0树 脂锚 固剂 锚 固 ；垫板 用 两块 叠 加 ， 为 3 0 0 mm3 0 0 raml O mm和 1 5 0 mm1 5 0 m m 1 O mm 的 正方形钢板 ，大的在上 ，小的在下 。 3 ． 2 风巷施工 3 ． 2 ． 1 选择风巷开工时间 沿空巷道必须在采空 区顶板 岩石活动 稳定后 开始掘进 ， 否则 巷道 会受 移动支 承压 力 的剧烈 影 响。因此 ，掌握好 掘 进滞后 于回采 的间 隔时 间是 十分重 要 的。对观 测巷 中各 测 点移动速度进行综合分析得出，1 8 0 8工作面在距观测巷前 后 2 0 m 范围 内各测点顶底 板移 近速 度剧烈 增加 ，以后 随时 间的推移 ，各测点的移近速度逐渐下降，至 6个月后 ，各 测点的移近速度稳定在较小的数值上，这时顶底板相对位 移可 以认 为是 由围岩 的流 变所 引起 ，采空 区顶 板岩 石活 动 基本 稳定 ，此时 ，风巷的掘进可 以进行 。 3 ． 2 ． 2 施工工艺 采用全断面一 次爆破 ，风镐 造形 的成 巷方 式 。工序 为 放炮落煤后 打带 帽点 柱作 I临时 支护 ，打锚杆 孔 、放 置树脂 锚 固剂 、放置钢筋网和 H型 钢带 、搅拌 树脂锚 固剂 及上螺 帽等工序 。为 了加 快施工 速 度 ，减 少空顶 时 间 ，已对 施工 过程中部分工序进行了优化和改进。 一 是先施工顶部锚杆，帮锚杆滞后 3 m打设 ，做到帮、 顶锚杆在两个空 间层 面上平 行施 工 ；二 是选 择合 适 的施工 设备 ，全部使用风动工具以简化管理，用风煤钻打炮眼， 用锚杆机 打顶部锚 杆 眼 、搅拌 和上 螺帽 。用 帮部 锚杆 机打 帮部眼 、搅拌 和上螺 帽 ；三是 使 用快 速凝 固的锚 固剂 以减 少 固化时 间 ；四是改 革螺 帽结 构 ，用锚 杆机 实 现搅拌 和安 装一体化 。 3 ． 2 ． 3 风巷采空区侧煤壁 的加 固 由于受 1 8 0 8 采空区侧向支承压力及超前支承压力叠加 作用，护巷小煤柱在不同程度上产生变形和破坏，承载能力 减小 ，煤体变得松散 ，裂 隙率 增大。其后果 是 锚杆 的锚 固 性能降低、漏风量增大、采空区渗水等。因此必须对其进行 加固，使松散煤体重新固化为一个整体，以增强煤体抗压强 度，减少围岩变形，隔断漏风和渗水。通过选择比较，采用 了适合现场需求的新型聚亚胶脂产品 P N一3型波雷因对煤帮 进行加固 ，加 固工程 由邢 台同成矿业公 司承接。 具体 的加 固措施 是 打超 前钻 孔 注波 雷 因。钻孔 沿煤 壁布置两排 ，与巷道 成 4 0 夹 角 ；上排距顶板 8 0 0 ram，下排 距上排 1 4 0 0 mm，孔径 4 2 mm；设计 泵压为 5 ～6 MP a ，扩散 半径大于 1 5 0 0 mm；循环加固长度 3 0 0 0 mm，有效加固厚度 2 5 0 0 mm 见 图 3 。 图 3 注胶凝材料钻 孔布置平面 图 加固后对煤体 进行 了矿 压观 测 ，从观 测结 果 可知 。加 固效果 很好 ，松散煤体黏结 良好 ，裂隙被有效充填 和封 闭。 3 ． 2 ． 4 采空区积水 防治 2 3 维普资讯 煤 炭 工 程 2 0 0 6年第 5期 降低大型工业建构物爆堆高度的爆破拆除技术 张英才 ，孙 1 ． 河南理工大学，河南 焦作4 5 4 0 0 0 ； 泉 ，盖 四海 2 ． 湖南涟邵建工集团，湖南 娄底4 1 7 0 0 0 摘要 论文主要介绍关于降低 大型工业建构物在爆破拆除 时爆堆 高度的大解体爆破等相 关爆破拆除技术 ，该技术通过在新 乡、焦作 、安 阳等五 个电厂的 大型工业厂房爆破拆除及垃圾 清运 中的推广应用 ，均取得 了较为理想的爆破效果 ，经济效益与社会效益显著。 关键词 大型建构物；爆破拆除技术；爆堆 高度 中图分类号 T U7 4 6 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 { 2 0 0 6 0 5 0 0 2 4 ． 0 3 Te c h n o l o g y o f Re d u c i n g Th e Bl a s t e d M u c kp i l e ’ S He i g h t of La r g e S c a l e Bu i l d i n g Z HANG Yi n g c a i ，S UN Qu a n ，GAI S i h a i 1 ． He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y J i a o z u o ，4 5 4 0 0 0，Ch i n a ； 2 ． Hu n a n L ia n S h a o A r c h i t e c t u r a l e n g i n e e r in g g r o u p ，Hu n a n ，4 1 7 0 0 0 ，C h in a Ab s t r a c t Th e p a p e r i n t r o d u c e t h e t e c h n o l o g y o f r e d u c i n g t h e mu c k p i l e ’ S h e i g h t o f l a r g e b u i l d i n g ma i n l y ，t h e t e c h n o l o g y s u c h a s c o mp l e t e d i s o r g a n i z a t i o n b l a s t i n g a n d c o r r e l a t i v e t e c h n o l o g y s ，t h e n u s e d t h e s e t e c h n o l o g y s t o d e mo l i s h t h e l a r g e s c a l e i n d u s t r i a l wo r k s h o p b u i l d i n g a n d c l e a r t h e r u b b i s h i n Xi n x i a n g ，J i a o z u o a n d An y a n e l e c t r i c p o we r p l a n t ，o b t a i n i d e a l b l a s t i n g r e s u l t ， mo r e o v e r g e t o b v i o u s e c o n o mi c b e n e f i t a n d s o c i e t y b e n e f i t ， c a n g i v e r e f f e r e n c e t o o t h e r s a me t y p e e ng i ne e r i n g s． Ke y wo r d s t e c h n o l o g y o f r e d u c i n g ； l a r g e b u i l d i n g；mu c k p i l e ’ S h i g h t 1 概述 根据我国产业政策和火电公司关停高耗低效 、对 环境 污染严重的小机组计划 ，利用国家 “ 双高一优”政策 ，新 上 大型环保型机组 ，从 2 0 0 0年至今 ，河 南理工 大学先 后完 成了焦作 、新乡、洛阳、安阳、山西漳泽五个电厂老 厂的 大型工业老厂房及其附属建构物的爆破拆除及垃圾清运项 目。在这些 项 目中，推 广应 用 了降低 爆破 拆除 大 型工业 建 构物爆堆高度的大解体爆破等相关技术 ，取得了理想爆破 小煤柱 护巷时 ，1 8 0 8采空区 的大量 积水对 1 8 1 0工 作面 的掘进和 回采有 巨大的威胁 。必须 采取措 施对 1 8 0 8采 空区 的积水进行疏放。根 1 8 1 0附近巷道布置情况，采取了两步 探放水措施 ，第一步是在风巷开工前 ，从位于 8煤底板的 轨道大巷中向 1 8 0 8采空区打超长钻孔探放水，共计施工 1 6 个钻孔 ，至风巷 开工 时 ，累计 放水 时 间 4个月 ，放水 总量 达 9万 m ，第二步是针对局部积水 ，在风巷边探边掘，每 隔 3 0 ～5 0 m向采空区打 I ～2个钻孔进行探放水。有效地解 除 了采空 区水患。 效果。在爆破拆除与垃圾清运项 目中，爆堆高度是一个很 重要的指标 ，它充分体现着爆破方案及其技术的先进性， 直接影响着项 目施工工期、垃圾清运速度、施工成本与经 济效益 。 2 降低爆堆高度的技术 2 ． 1大解体爆破 技 术 2 ． 1 ． 1 大解体爆破技术 的提 出 大型工业 厂 房爆 破拆 除 与 垃圾 清 运项 目考 虑 的因 索 4 结 语 、 s ∞ 1 8 1 0工 作面风 、机巷采 用沿空 掘巷技 术后 ，比常 规巷 道布置方法多采煤炭 6万 t ；巷道在使用期间，变形量小， 没有进行修护，经济和安全效益十分显著。实践证明，留 小煤柱护巷时，如果采取的技术和管理措施得力，完全可 以保 证工作 面掘进 和 回采 的安全 。因此 ，留小煤 柱沿 空掘 巷技术有较大的推广价值。 责任蝙辑程 玉岭 收稿 日期 2 0 0 6 0 1 2 4 作者简介张英才 1 9 6 2 一 ，男，山西长治人，高级工程师，现任河南理工大学爆破公司经理、河南理工大学土木工 程学院教师 ，主要从事爆 破工程方面 的教 学与研究工作 。 2 4 维普资讯