长榆河煤矿103,工作面切顶卸压沿空留巷设计

黄 林

(山西寿阳潞阳长榆河煤业有限公司,山西 晋中 030000)

长榆河矿设计生产能力为90 万t/a,批准开采6-15 号下煤层,目前15 号煤层基本已回采结束,计划开采15 号下煤层。矿井历年鉴定为低瓦斯矿井。15下煤层,煤层厚度0.67~4.5 m,平均煤厚2.39 m;
煤层倾角2°~14°平均7°。15下103 工作面位于15下煤层东采区北部,上部为15105 采空区,北邻15下102 工作面,南面为15下105 回风顺槽,西临东翼轨道大巷(15 号)、东翼胶带大巷(15 号下),东临井田边界。工作面地面标高+1 305 m~+1 395 m,平均1 350 m,井下标高+1 050 m~+1 100 m,平均1 075 m。为有效解决长榆河煤矿在矿井采掘过程中所面临的现实问题,在15下103 工作面进行沿空留巷工业性试验。

1.1 切顶卸压沿空留巷的原理

在要切顶的巷道,采用深孔爆破技术将靠近采空区一侧的顶板进行切断,从而使岩层在巷道顶板上形成短臂梁结构。为了保证切顶巷道的稳定性,还要对切顶后的巷道进行补强支护[1-2],如图1(a)所示。由于巷道靠近采空区,还要采用合适的方式进行挡矸。在挡矸完成后,在切顶一侧的巷帮会形成新的帮,通过临时支护就可以使巷道免受二次动压的影响,如图1(b)所示。待岩层稳定后,可以撤回使用的临时支护设施,例如单体液压支柱等。

图1 切顶卸压沿空留巷技术原理

在沿空留巷过程中,应该根据巷道所处的围岩应力状态采用合适的支护方式。根据巷道与工作面的距离,可以将巷道支护区分为超前支护区、滞后临时支护区以及成巷稳定区[3]。在超前支护区内,补强支护应该超前工作面80 m 左右。在滞后临时支护区内进行巷帮挡矸防护和滞后临时支护。根据以往工程经验暂定工作面至后方200 m 范围为滞后临时支护区。

暂定工作面后方200 m 范围以外为成巷稳定区,当留巷渡过了周期来压的影响,并且巷道围岩稳定后,拆除顶板支护措施,完成留巷。注意:上述3 个区域的划分应根据现场监测结果,分析后确定留巷分区实际长度。

1.2 沿空留巷工艺流程

基于上述切顶卸压沿空留巷技术原理,提出以“切、补、护、支”为核心的底分层工作面沿空留巷工艺流程[4],见表1。

表1 底分层工作面沿空留巷核心工艺流程

2.1 超前预裂切缝

根据切顶卸压沿空留巷技术原理,目标切顶高度为垮落带内关键层。当近距离煤层上煤层回采后,目标切顶高度主要为层间岩层内坚硬岩层;
当上煤层未回采时,目标切顶高度为垮落带内关键层。由于15 号煤层已回采,15下煤层与15 号煤层层间有小于2.5 m、大于2.5 m 小于8 m、大于8 m 3 种情况,为防止切顶后巷道与上覆15 号煤层采空区沟通,实际切顶高度=层间距厚度-1.5 m。结合以往工程实践经验,层间距小于8 m 时采用采用密集钻孔或水力切割进行切顶卸压;
层间距大于8 m 时采用定向预裂爆破的方式进行切顶卸压。

2.1.1 定向预裂爆破卸压

超前预裂切缝包含打钻和爆破,施工范围为15下103 回风顺槽切眼至停采线外15 m。为减小爆破对顶板的影响,同时保证留巷断面,开孔位置应尽量靠近回采帮,并结合钻机实际情况确定开孔位置。建议开孔位置距回采帮不大于300 mm,即S=300 mm,要求所有钻孔成排成线。

在巷道断面图中,钻孔向回采帮倾斜5°,即钻孔倾角α=85°;
在巷道剖面图中,钻孔沿竖直方向布置,即钻孔倾角β=90°。钻孔直径d= 48~50 mm,钻孔间距L=500 mm。据后期巷道顶板岩性探测确定具体层间距大小后,再确定钻孔深度。

2.1.2 密集钻孔卸压

密集钻孔切顶与定向预裂爆破卸压的区别是采用施工密集钻孔的形式卸压,而不采用炸药爆破,即在巷道靠近回采侧施工间距较小的钻孔,待工作面采过后,巷道上方顶板及时垮落。为减小爆破对顶板的影响,同时保证留巷断面,开孔位置应尽量靠近回采帮,并结合钻机实际情况确定开孔位置。建议开孔位置距回采帮不大于300 mm,即S = 300 mm,要求所有钻孔成排成线。

在巷道断面图中,钻孔向回采帮倾斜5°,即钻孔倾角α=85°;
巷道剖面图中,钻孔沿竖直方向布置,即钻孔倾角β=90°。钻孔直径d=48~50 mm,钻孔间距L=200 mm。根据后期巷道顶板岩性探测确定具体层间距大小后,再确定钻孔深度。

2.1.3 水力切割卸压

钻孔间距初步确定1 000 mm(后期可根据现场试验确定),其余钻孔参数与密集钻孔参数相同。

2.2 切顶方式对比

15下103 回风顺槽长度约780 m,根据对密集钻孔切顶、聚能爆破切顶以及水力切割切顶3 种方式的分析,3 种切顶方式对比如下:

1)施工切顶孔工程量对比:密集钻孔间距 300 mm,施工钻孔数量约2 600 个;
聚能爆破孔间距500 mm,施工钻孔数量约1 560 个;
水力切割孔间距1 000 mm,施工钻孔数量约780 个。

2)工艺复杂程度及安全角度对比,密集钻孔工艺较简单且安全,钻孔施工结束后即完成切顶卸压;
而聚能爆破工艺较为复杂,对于高瓦斯、突出矿井而言存在一定安全风险,要求多名工人配合程度高;
水力切割切顶工艺复杂,但安全性高。

结合长榆河煤矿现有地质条件,考虑到水力切割切顶成本较高(据以往工程经验,每米约300 元)及要求井下水压较大等,暂不考虑这种方式切顶。因此,针对层间距小于8 m 时采用密集钻孔的方式进行切顶,层间距大于8 m 时采用聚能爆破方式进行切顶。

2.3 巷旁挡矸防护

工作面后方沿空留巷巷帮挡矸防护采用“双层金属网+风筒布+可伸缩U 型钢+钢筋拉杆”方式进行挡矸,具体方案如下。

双侧金属网沿爆破钻孔连线布置:内层(靠近采空区一侧)选用φ8 mm 冷拔丝铁丝网,考虑回采帮高度3 100 mm,U 型钢截面高200 mm、铁丝网与顶板网的搭接200 mm,因此铁丝网总宽度为3 100 +200+200=3 500 mm,也可采用多部分相互搭接,搭接部分不低于200 mm。铁丝网顶部外漏400 mm,其中200 mm 被U 型钢压覆,200 mm 与顶板网搭接。外层(靠巷道一侧)选用钢筋网,回采帮高度3 100 mm,钢筋网总宽度为3 100 mm,也可采用多部分相互搭接,搭接部分不低于200 mm。钢筋网顶板接顶,接底。

选择宽3 300 mm 的矿用风筒布,每卷长15 m,夹在2 层金属网之间,相互搭接用于留巷段防漏风,靠近顶板部分外漏200 mm,用U 型钢压覆。15下103 回风顺槽高3 100 mm,考虑200 mm 的底板柱窝,挡矸高度约为3 300 mm;
挡矸柱采用2 根29U型钢通过卡缆搭接组成,搭接长度不低于500 mm,因此每根29U 型钢长度为(3 300 + 500)/2 = 1 900 mm,可伸缩U 型钢(挡矸柱)间距600 mm。巷道挡矸平面如图2 所示。

图2 巷旁挡矸防护平面图

“架棚+锚网”支护区域挡矸施工工艺:拆除工作面前方回采帮棚腿→过渡支架拉架→施工底板柱窝→搭接铁丝网→搭接风筒布→搭接钢筋网→安装工钢棚棚腿→铁丝网和顶板网搭接→过渡支架拉架→施工底板柱窝→搭接铁丝网→搭接风筒布→搭接钢筋网→U 型钢相互连接组成挡矸柱并初步上紧卡缆防止U 型钢滑动→架设挡矸柱→使用单体柱或千斤顶给挡矸柱施加预紧力→使用大锤锤下部U 型钢确保挡矸柱接顶接底→拧紧卡缆螺母(150 N·m)→拆除单体柱或千斤顶→铁丝网和顶板网搭接→拆除工作面前方回采帮棚腿→进入下一循环。

“锚网”支护区域挡矸施工工艺:过渡支架拉架→施工底板柱窝→搭接铁丝网→搭接风筒布→搭接钢筋网→29U 型钢相互连接组成挡矸柱并初步上紧卡缆防止U 型钢滑动→架设挡矸柱→使用单体柱或千斤顶给挡矸柱施加预紧力→使用大锤锤下部U 型钢确保挡矸柱接顶接底→拧紧卡缆螺母(150 N·m)→拆除单体柱或千斤顶→铁丝网和顶板网搭接→过渡支架拉架→进入下一循环。

2.4 滞后临时支护

滞后临时支护区内留巷受矿压显现的影响会出现围岩应力增高、巷道变形等情况,通常位于工作面后方200~300 m 范围内,具体可根据现场观测结果确定。在尚无观测数据的前提下,暂定工作面后方200 m 范围为滞后临时支护区。

在工作面后方200 m 临时支护区范围内,采用“单体液压支柱+π 型梁”组成单体柱抬棚的滞后临时支护方案。滞后临时支护顶梁选用4 mπ 型梁,沿巷道中线方向布置,“一梁四柱”,总共布置4 排,单体柱排距800 mm/1 000 mm,间距1 000 mm,靠近采空区帮的单体柱棚距采空区帮500 mm,可采用铰接梁或工钢梁代替π 型梁,但应保证单体柱密度不低于4 根/m。滞后临时支护方案设计如图3 所示。

图3 滞后临时支护断面图

施工要求:①单体柱必须穿鞋带帽,初撑力不低于90 kN(11.4 MPa);
②打设叉子棚时要拉线打设,保证每一排柱成一条直线,偏差不得超过100 mm;
③应保证800 mm 以上的人行通道;
④留巷巷道位于工作面后方150 m 以外,且矿压监测结果显示巷道表面位移趋于稳定时可回撤滞后临时支护(切顶排柱不回撤)。具体指标为:巷道表面位移周变形量小于10 mm 时,可视为巷道围变形稳定。顶板破碎区域及断层前后10 m 范围内,不回撤单体柱抬棚。

结合了长榆河煤矿15下103 工作面的实际情况,对工作面的切顶卸压沿空留巷施工方案进行了设计。针对层间距小于8 m 时采用密集钻孔的方式进行切顶,层间距大于8 m 时采用聚能爆破方式进行切顶。工作面后方沿空留巷巷帮挡矸防护采用“双层金属网+风筒布+可伸缩U 型钢+钢筋拉杆”方式进行挡矸。在工作面后方200 m 临时支护区范围内,采用“单体液压支柱+π 型梁”组成单体柱抬棚的滞后临时支护方案。

猜你喜欢 型钢单体间距 开始和结束读者(2022年13期)2022-06-20型钢混凝土组合结构施工技术难点分析中国建筑金属结构(2022年3期)2022-04-30多方向梁与型钢混凝土梁柱连接节点的性能设计分析建材发展导向(2022年2期)2022-03-08锂离子电容器自放电检测方法研究储能科学与技术(2022年2期)2022-02-19调整图标间距让桌面布局更个性电脑爱好者(2021年17期)2021-11-11非均匀间距的低副瓣宽带微带阵列天线设计北京航空航天大学学报(2021年9期)2021-11-02型钢再生混凝土梁抗弯性能试验分析科技信息·学术版(2021年18期)2021-10-25美国 风暴三联生活周刊(2017年48期)2017-11-25高中有机化学反应类型课堂内外·教师版(2017年3期)2017-04-13算距离小学生导刊(低年级)(2016年5期)2016-05-27

推荐访问:工作面 煤矿 设计