论文部分内容阅读
摘要：针对中煤新集能源股份有限公司刘庄煤矿131303综采工作面的开采条件，通过对该工作面留小煤柱回采矿压显现规律总结及支护方案动态调整，研究留小煤柱工作面回采矿压显现规律及支护可行性，通过数据分析、支护方案动态调整等相结合的方法，对巷道变形特征、矿压显现规律、支护方案进行了分析研究，提出采动影响下留小煤柱工作面回采支护方案。
关键词：采动影响；留小煤柱；支护研究；安全回采
引言
目前井下煤炭开采是以工作面为单位进行的，工作面的长度不可能无限长，多个工作面就会出现工作面之间的空间位置关系，即工作面之间留宽煤柱、留小煤柱和不留煤柱，它们对应的护巷方式为实体煤中巷道、沿空掘巷和沿空留巷。上一个工作面回采后，形成侧向支撑压力；两个工作面之间留足够宽的煤柱，使下工作面的回采巷道位于原岩应力环境中，即实体煤中巷道护巷方式；两个工作面之间留小煤柱，使下工作面的回采巷道位于侧向支撑压力环境中，即沿空掘巷护巷方式；两个工作面之间不留煤柱，使下工作面的回采巷道服务于下工作面回采，即沿空留巷护巷方式。这三种回采巷道护巷方式中，留巷煤柱护巷浪费煤炭资源最多，且随着开采深度的加大，地应力加大，煤柱宽度越来越大；沿空掘巷浪费资源较少，在上工作面稳定后掘进，只受下工作面一次回采影响，支护难度较低；沿空留巷浪費资源最少，支护难度最大，受到上、下工作面两次回采影响。下面将就留小煤柱工作面回采支护方案进行研究分析。
1回采工作面概况
1.1巷道布置
131303工作面位于刘庄煤矿一水平1313采区。该工作面西起东三（13-1）煤集中上山，东至F39断层及东三（13-1）煤东采区集中上山，北侧为131301采空区，南侧临近东三集中轨道大巷。本工作面采用三巷布置方式，即布置轨道顺槽、胶带顺槽和瓦斯抽排巷，轨道顺槽和胶带顺槽等距平行，工作面切眼斜长310n。
131303轨道顺槽距131301胶带顺槽层间距平均为7m，小于平均值有三处，即131301胶带顺槽避难硐室处仅为1.7m及2m，131301胶带顺槽巷帮硐室处为5m。其中131301胶带顺槽避难硐室影响范围内在131303轨道顺槽施工U型棚进行加固。
1.2工作面及两巷顶板管理
工作面使用ZZl0000 22/45型支撑掩护式液压支架支护顶板，最大控顶距6.0m，最小控顶距5.0m，移架步距1.0m，全封闭及时支护顶板。采用全部垮落法控制采空区顶板。
胶带顺槽采用ZT2x3200/24/45型超前支护液压支架进行超前支护，超前支架安装长度21n，每两架一组，共4组。
轨道顺槽采用ZT2X4000/18/35型超前支护液压支架进行超前支护，超前支架安装长度28n，每两架一组，共4组。
2.工作面风巷支护方案
（一）施工前准备工作
1.对施工区域进行安全隐患排查，并对管、线、设备等进行有效保护。
2.连接好风水管路，准备好所需的工具及材料。
3.超前缩皮带机机尾，同时在保障风巷刮板机正常出货的情况下，将刮板机向下帮挪移1.0m-1.5m，为木垛施工预留足够的安全空间。
4.巷道压力显现明显处需提前采用8#铁丝或菱形网对锚索（锚杆）进行二次保护。
（二）施工方案
2.顶板加固
（1）按“自东向西”的顺序原则施工木垛。
（2）施工木垛前对项板炸网兜矸地段进行联网护顶，同时将巷道底板整平，防止木垛出现歪斜现象。
（3）木垛靠轨道顺槽上帮施工，木垛间距2-3n，采用长2000mm的1/2半圆木配2000-3000mm的1/2或3/4圆木联合施工。
（4）相邻木垛施工结束后，在木垛问锚索吊梁下方补打1-2排液压单体，每排2-3根。
（5）当木垛施工结束后，巷道压力较大，导致风巷内三角位置顶板破碎，需超前工作面5-10m位于风巷下帮肩窝处注加固材料固化顶板。
3.架棚施工
（1）风巷巷道上帮施工木垛后，原巷道宽度变窄，超前支护段单体托棚需根据现场情况向下帮挪移2m-3m。
（2）架棚前先搭设好脚手架或扶梯，棚梁采用3m长工字钢或直径不小于200mm的3/4圆木，棚腿采用Dw（25-35）型液压单体，每排施工2根液压单体，单体问排距为1m，直线偏差不超过100mm。
（3）人员站在脚手架或扶梯上上托棚梁，抬梁子时必须专人指挥、同肩抬运、口号一致。
（4）架棚先选用Φ15.5mm钢丝绳将优质3/4圆木或工字钢两端顺巷道吊挂在帮（顶）锚杆（索）或钢带上做棚梁，架至一定高度后，再在己架棚梁下用DW（25-35）型单体做棚腿。当巷道顶板压力较大时配合3/4Φ200×3000-4200mm圆木或HDJA-1000铰接梁沿巷道走向打一至二排托棚。
（三）施工工艺
架棚施工工艺：对施工范围进行安全检查一掏棚腿腿窝一架棚梁一栽棚腿。
3.2支护方案动态调整后巷道矿压显现
具体支护方案如下：
（1）拆除自移支架，替换成单体拖棚支护（即单体铰接梁拖棚），4-5路走向布置，棚距1-1.3m，超前支护长度不小于40m，因巷道北侧为采空区，靠近北帮两路为一梁双柱（即一根铰接梁配合使用2根配套单体）。
（2）由于巷道北帮为采空区，采取超前刷巷道南帮，刷扩宽度为1.5-2.0m（巷道总宽≥5.5n），刷帮后采用施工横向锚索吊梁（锚索φ21.8*9200mm配合12#工字钢梁、眼距1.2n）、吊梁间距<1.5m，把刷帮后顶板与原巷道顶板有效连接成一个组合整体。
（3）针对巷道破碎严重段，采取每间隔IOn不间断注化学加固材料固化帮顶。 采取以上支护措施后，经观测分析巷道顶、帮位移量较加固前变化速度明显减小。
4留小煤柱回采支护方案及优点
4.1留小煤柱回采支护方案
（1）回采时，不建议采用自移支架，宜采用单体拖棚支护，且应适当增大支护长度。
（2）超前支护向外段超前刷帮后采用走向锚索吊梁将刷帮后顶板及原巷道顶板有效连接。若顶板破碎严重时，采取不问断注加固材料，使破碎段顶板凝结，确保支护强度。
（3）超前支护向外段超前刷帮长度不宜超过100m。
（4）具体措施如下：
A、拆除自移支架，替换成单体拖棚支护（即单体铰接梁拖棚），4-5路走向布置，棚距1-1.3m，超前支护长度不小于40n，因巷道北侧为采空区，靠近北帮两路为一梁双柱（即一根铰接梁配合使用2根配套单体）。
B、由于巷道北帮为采空区，采取超前刷巷道南帮，刷扩宽度为1.5-2.0m（巷道总宽≥5.5n），刷帮后采用施工横向锚索吊梁（锚索φ21.8*9200mm配合12#工字钢梁、眼距1.2n）、吊梁间距<1.5m，把刷帮后顶板与原巷道顶板有效连接成一个组合整体。
C、针对巷道破碎严重段，采取每间隔10m不问断注化学加固材料固化帮顶。
4.2支护方案优点
（1）增加工作面超前支护有效长度，确保支护强度。
（2）超前刷帮且刷帮后采用锚索吊梁与原支护巷道组合连接。
（3）超前刷帮、卧底确保通风断面，有利于瓦斯管理。
（4）确保了工作面顶板安全和通风要求，为工作面安全顺利回采创造了有利条件。
5推广应用
（1）对于类似留小煤柱工作面回采，建议按此方案超前进行支护，加强巷道位移监测分析；若采取此方案加固后巷道位移变化仍较快，可根据实际情况适当缩小支护间距及超前刷帮长度，并加强支护质量管理。
（2）当巷道刷帮、卧底量较大时，建议保留巷道单独出货系统，便以出货，减小职工劳动强度。
6总结
为了企业的生存与发展，推进采矿工程安全环保及健康运行，煤矿企业目前必须从技术与管理两方面入手，同时持续推行矿井经济技术一体化建设工作，所以大多煤矿内均采取沿空掘巷布置用以工作面準备及回采，最大限度减小资源浪费，提高了采区资源回收率，且沿空掘巷施工比较简单，在选取合理尺寸的护巷煤柱后，采空区不需要充填体，降低了巷道的维护费用，更便于在煤矿内大范围推广。通过针对性的方案研究及支护动态调整，实现留小煤柱条件下工作面平稳有序回采，保证安全生产和正常接替方面具有重要意义。
关键词：采动影响；留小煤柱；支护研究；安全回采
引言
目前井下煤炭开采是以工作面为单位进行的，工作面的长度不可能无限长，多个工作面就会出现工作面之间的空间位置关系，即工作面之间留宽煤柱、留小煤柱和不留煤柱，它们对应的护巷方式为实体煤中巷道、沿空掘巷和沿空留巷。上一个工作面回采后，形成侧向支撑压力；两个工作面之间留足够宽的煤柱，使下工作面的回采巷道位于原岩应力环境中，即实体煤中巷道护巷方式；两个工作面之间留小煤柱，使下工作面的回采巷道位于侧向支撑压力环境中，即沿空掘巷护巷方式；两个工作面之间不留煤柱，使下工作面的回采巷道服务于下工作面回采，即沿空留巷护巷方式。这三种回采巷道护巷方式中，留巷煤柱护巷浪费煤炭资源最多，且随着开采深度的加大，地应力加大，煤柱宽度越来越大；沿空掘巷浪费资源较少，在上工作面稳定后掘进，只受下工作面一次回采影响，支护难度较低；沿空留巷浪費资源最少，支护难度最大，受到上、下工作面两次回采影响。下面将就留小煤柱工作面回采支护方案进行研究分析。
1回采工作面概况
1.1巷道布置
131303工作面位于刘庄煤矿一水平1313采区。该工作面西起东三（13-1）煤集中上山，东至F39断层及东三（13-1）煤东采区集中上山，北侧为131301采空区，南侧临近东三集中轨道大巷。本工作面采用三巷布置方式，即布置轨道顺槽、胶带顺槽和瓦斯抽排巷，轨道顺槽和胶带顺槽等距平行，工作面切眼斜长310n。
131303轨道顺槽距131301胶带顺槽层间距平均为7m，小于平均值有三处，即131301胶带顺槽避难硐室处仅为1.7m及2m，131301胶带顺槽巷帮硐室处为5m。其中131301胶带顺槽避难硐室影响范围内在131303轨道顺槽施工U型棚进行加固。
1.2工作面及两巷顶板管理
工作面使用ZZl0000 22/45型支撑掩护式液压支架支护顶板，最大控顶距6.0m，最小控顶距5.0m，移架步距1.0m，全封闭及时支护顶板。采用全部垮落法控制采空区顶板。
胶带顺槽采用ZT2x3200/24/45型超前支护液压支架进行超前支护，超前支架安装长度21n，每两架一组，共4组。
轨道顺槽采用ZT2X4000/18/35型超前支护液压支架进行超前支护，超前支架安装长度28n，每两架一组，共4组。
2.工作面风巷支护方案
（一）施工前准备工作
1.对施工区域进行安全隐患排查，并对管、线、设备等进行有效保护。
2.连接好风水管路，准备好所需的工具及材料。
3.超前缩皮带机机尾，同时在保障风巷刮板机正常出货的情况下，将刮板机向下帮挪移1.0m-1.5m，为木垛施工预留足够的安全空间。
4.巷道压力显现明显处需提前采用8#铁丝或菱形网对锚索（锚杆）进行二次保护。
（二）施工方案
2.顶板加固
（1）按“自东向西”的顺序原则施工木垛。
（2）施工木垛前对项板炸网兜矸地段进行联网护顶，同时将巷道底板整平，防止木垛出现歪斜现象。
（3）木垛靠轨道顺槽上帮施工，木垛间距2-3n，采用长2000mm的1/2半圆木配2000-3000mm的1/2或3/4圆木联合施工。
（4）相邻木垛施工结束后，在木垛问锚索吊梁下方补打1-2排液压单体，每排2-3根。
（5）当木垛施工结束后，巷道压力较大，导致风巷内三角位置顶板破碎，需超前工作面5-10m位于风巷下帮肩窝处注加固材料固化顶板。
3.架棚施工
（1）风巷巷道上帮施工木垛后，原巷道宽度变窄，超前支护段单体托棚需根据现场情况向下帮挪移2m-3m。
（2）架棚前先搭设好脚手架或扶梯，棚梁采用3m长工字钢或直径不小于200mm的3/4圆木，棚腿采用Dw（25-35）型液压单体，每排施工2根液压单体，单体问排距为1m，直线偏差不超过100mm。
（3）人员站在脚手架或扶梯上上托棚梁，抬梁子时必须专人指挥、同肩抬运、口号一致。
（4）架棚先选用Φ15.5mm钢丝绳将优质3/4圆木或工字钢两端顺巷道吊挂在帮（顶）锚杆（索）或钢带上做棚梁，架至一定高度后，再在己架棚梁下用DW（25-35）型单体做棚腿。当巷道顶板压力较大时配合3/4Φ200×3000-4200mm圆木或HDJA-1000铰接梁沿巷道走向打一至二排托棚。
（三）施工工艺
架棚施工工艺：对施工范围进行安全检查一掏棚腿腿窝一架棚梁一栽棚腿。
3.2支护方案动态调整后巷道矿压显现
具体支护方案如下：
（1）拆除自移支架，替换成单体拖棚支护（即单体铰接梁拖棚），4-5路走向布置，棚距1-1.3m，超前支护长度不小于40m，因巷道北侧为采空区，靠近北帮两路为一梁双柱（即一根铰接梁配合使用2根配套单体）。
（2）由于巷道北帮为采空区，采取超前刷巷道南帮，刷扩宽度为1.5-2.0m（巷道总宽≥5.5n），刷帮后采用施工横向锚索吊梁（锚索φ21.8*9200mm配合12#工字钢梁、眼距1.2n）、吊梁间距<1.5m，把刷帮后顶板与原巷道顶板有效连接成一个组合整体。
（3）针对巷道破碎严重段，采取每间隔IOn不间断注化学加固材料固化帮顶。 采取以上支护措施后，经观测分析巷道顶、帮位移量较加固前变化速度明显减小。
4留小煤柱回采支护方案及优点
4.1留小煤柱回采支护方案
（1）回采时，不建议采用自移支架，宜采用单体拖棚支护，且应适当增大支护长度。
（2）超前支护向外段超前刷帮后采用走向锚索吊梁将刷帮后顶板及原巷道顶板有效连接。若顶板破碎严重时，采取不问断注加固材料，使破碎段顶板凝结，确保支护强度。
（3）超前支护向外段超前刷帮长度不宜超过100m。
（4）具体措施如下：
A、拆除自移支架，替换成单体拖棚支护（即单体铰接梁拖棚），4-5路走向布置，棚距1-1.3m，超前支护长度不小于40n，因巷道北侧为采空区，靠近北帮两路为一梁双柱（即一根铰接梁配合使用2根配套单体）。
B、由于巷道北帮为采空区，采取超前刷巷道南帮，刷扩宽度为1.5-2.0m（巷道总宽≥5.5n），刷帮后采用施工横向锚索吊梁（锚索φ21.8*9200mm配合12#工字钢梁、眼距1.2n）、吊梁间距<1.5m，把刷帮后顶板与原巷道顶板有效连接成一个组合整体。
C、针对巷道破碎严重段，采取每间隔10m不问断注化学加固材料固化帮顶。
4.2支护方案优点
（1）增加工作面超前支护有效长度，确保支护强度。
（2）超前刷帮且刷帮后采用锚索吊梁与原支护巷道组合连接。
（3）超前刷帮、卧底确保通风断面，有利于瓦斯管理。
（4）确保了工作面顶板安全和通风要求，为工作面安全顺利回采创造了有利条件。
5推广应用
（1）对于类似留小煤柱工作面回采，建议按此方案超前进行支护，加强巷道位移监测分析；若采取此方案加固后巷道位移变化仍较快，可根据实际情况适当缩小支护间距及超前刷帮长度，并加强支护质量管理。
（2）当巷道刷帮、卧底量较大时，建议保留巷道单独出货系统，便以出货，减小职工劳动强度。
6总结
为了企业的生存与发展，推进采矿工程安全环保及健康运行，煤矿企业目前必须从技术与管理两方面入手，同时持续推行矿井经济技术一体化建设工作，所以大多煤矿内均采取沿空掘巷布置用以工作面準备及回采，最大限度减小资源浪费，提高了采区资源回收率，且沿空掘巷施工比较简单，在选取合理尺寸的护巷煤柱后，采空区不需要充填体，降低了巷道的维护费用，更便于在煤矿内大范围推广。通过针对性的方案研究及支护动态调整，实现留小煤柱条件下工作面平稳有序回采，保证安全生产和正常接替方面具有重要意义。