论文部分内容阅读
摘要: 为了克服大采深薄煤层万吨掘进率高、生产成本高和采掘接续紧张等问题，采用砌筑矸石带沿空留巷技术，可以减少区段煤柱损失，降低掘巷成本，节省运输费用，提高矿井经济效益。论文介绍了在31304工作面运输巷进行的砌筑矸石带沿空留巷试验的技术方法、矸石带结构和试验效果。
关键词：砌矸石带法；回采巷道；沿空留巷；无煤柱开采
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1 问题的提出
新泰市莲花山矿业有限公司井田范围内地面標高+180～+202m，矿井保有储量主要分布于6、11、13、15煤层等薄及中厚煤层。矿井东北部边界为落差大于2000m的莲花山大断层，所以井田范围内构造复杂，断层多，回采巷道出矸量较高。
由于矿井采深大且构造复杂，巷道掘进工程量大，往往出现采掘失调，开采效益受到很大影响。为此，为减少巷道掘进工程量和矸石运输量，在理论分析的基础上，在31304工作面运输巷进行了大采深砌筑矸石带沿空留巷现场试验。
2 试验巷道的基本情况
31304工作面位于-510m水平，开采13煤层。该面西邻31302工作面采空区，南邻F18-1断层，东部为31306工作面（图1）。采煤工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。
图1 31304工作面运输巷沿空留巷位置
区内13煤层赋存稳定，平均煤厚1.15m，倾角10°，煤层硬度较大且含有250～500mm的炭质泥岩夹矸。13煤层直接顶为6m厚的坚硬四灰，有少量的裂隙发育；该岩层层理发育，冒落矸石较规整。老顶为5m厚的灰黑色粉砂岩。直接底为1.5m厚的灰白色泥岩，遇水易膨胀；老底为较坚硬的粉砂岩。
31304工作面开采过程中，在31304运输巷一侧砌筑矸石带沿空留巷作为 31306工作面的进风巷。
3 砌筑矸石带沿空留巷方案
3.1 砌筑矸石带沿空留巷的主要技术要求
砌筑矸石墙沿空留巷的关键技术要求是：（1）提高矸石墙体强度，实现墙外切顶，在保证顶板完整的同时，使得支承压力向深部转移，以维护巷道的稳定；（2）保持矸石墙密封性能好，减少漏风量，并应具有一定的让压性能；（3）施工工艺简单可靠。
采空区侧采用砌筑矸石带法沿空留巷方式，应能够基本形成一道隔离采空区的密闭墙体，并及时提供较高的支撑力，保证及时贴顶支护。
3.2 砌筑矸石带沿空留巷的支护方案及矸石带结构
沿空留巷巷旁与巷内支护的关键是考虑“支护——围岩”相互作用关系[1]。随着工作面采深的加大，采用沿空留巷技术困难加大，再加上巷道要经受先期开采工作面的后支承压力、后开采工作面超前支承压力的两次采动影响，如果回采巷道支护方案不合理，易导致巷道围岩松软破碎，甚至墙体垮塌，整体变形量急剧增加。当巷内采用被动支护（如金属架棚支护），即使加大型钢型号、减小棚距，仍难以维护回采巷道的稳定。所以拟留巷巷道应采用预应力锚杆支护，并要求支护系统的预应力要大[2]。
巷旁支护上方顶煤或顶板完整性的控制是实现沿空留巷成功的关键[3]。如果在巷旁支护前顶板或顶煤已严重塌漏，则支护系统不能将支护阻力传递给顶板岩层，导致老顶回转下沉量加大，因而造成巷道顶板和巷道煤帮严重破坏，则沿空留巷难以成功。
31304工作面运输巷采用预应力锚杆支护，巷道断面（高×宽）2300×2500mm，选择Q335 Φ20×1800mm预应力锚杆，顶板布置4根，两帮各布置3根，排距800mm。设计锚杆预应力不低于3t。
留巷巷道断面与原掘进断面一致，矸石带净宽1900mm。其矸石带结构为：外侧采用工作面垮落的较规整矸石砌筑（宽度400mm左右）、里侧采用塑料编织袋装不规整矸石垒砌（宽度500mm左右），中间（1000mm左右）采用巷道起底碎矸石填充。由以往的实践经验知，沿空留巷的顶板下沉速度在工作面后方10～20m处最为强烈，工作面后方0～8m为压力降低区，工作面后方60～70m以后，顶板下沉趋向稳定。所以砌矸石带滞后工作面5m，一次砌筑矸石带长度1.0m。其矸石带结构如图2。
图231304工作面运输巷沿空留巷矸石带结构断面图
4 砌筑矸石带的安全技术措施
（1）13煤层为Ⅱ类自燃发火煤层，沿空留巷采空区侧不得留有遗煤，以防止遗煤在采空区氧化，导致自燃；另外，辅以向采空区侧喷洒阻化剂溶液（水80%、水玻璃5%、阻化剂15%），阻止遗煤自燃。
（2）由于13煤层的顶板较为坚硬，采煤工作面回采过程中若采空区出现悬顶，必须强制放顶，以减小应力集中。
（3）31304工作面回采过程中，要增加留巷巷道超前支护强度。当出现巷道围岩破碎严重时，可采用架棚等方法处理。
5 砌筑矸石带沿空留巷的效果分析
经现场观测， 31304工作面回风巷（留巷巷道）在31304工作面开采过程中，超前支护段顶板最大下沉量48mm，两帮最大移近量93mm，巷道断面收缩率小，满足巷道的行人、运输、通风等要求，这说明沿空留巷砌筑的矸石带具有良好的力学性能，有效地维护了巷道的稳定。
另外，由于推广砌筑矸石带沿空留巷技术，减少了区段煤柱损失，降低了掘巷成本，缓解了采掘接续紧张的局面，大大减少了掘巷的矸石运输量，明显提高了煤炭开采的经济效益。
参考文献：
[1] 陈锋.沿空留巷锚杆支护及其工程实践[D].淮南:安徽理工大学,2008.
[2] 张东升,茅献彪,马文顶.综放沿空留巷围岩变形特征的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(3):32-36.
[3] 张少华,赵英利.综放沿空留巷围岩活动规律模拟分析[J].矿山压力与顶板管理,2001,(3):34-39.
作者简介：王善村（1972-），男，工程师，1994年毕业于山东建筑工程学院，长期从事煤矿技术管理工作，现任新泰市莲花山矿业有限公司总工程师。
关键词：砌矸石带法；回采巷道；沿空留巷；无煤柱开采
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1 问题的提出
新泰市莲花山矿业有限公司井田范围内地面標高+180～+202m，矿井保有储量主要分布于6、11、13、15煤层等薄及中厚煤层。矿井东北部边界为落差大于2000m的莲花山大断层，所以井田范围内构造复杂，断层多，回采巷道出矸量较高。
由于矿井采深大且构造复杂，巷道掘进工程量大，往往出现采掘失调，开采效益受到很大影响。为此，为减少巷道掘进工程量和矸石运输量，在理论分析的基础上，在31304工作面运输巷进行了大采深砌筑矸石带沿空留巷现场试验。
2 试验巷道的基本情况
31304工作面位于-510m水平，开采13煤层。该面西邻31302工作面采空区，南邻F18-1断层，东部为31306工作面（图1）。采煤工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。
图1 31304工作面运输巷沿空留巷位置
区内13煤层赋存稳定，平均煤厚1.15m，倾角10°，煤层硬度较大且含有250～500mm的炭质泥岩夹矸。13煤层直接顶为6m厚的坚硬四灰，有少量的裂隙发育；该岩层层理发育，冒落矸石较规整。老顶为5m厚的灰黑色粉砂岩。直接底为1.5m厚的灰白色泥岩，遇水易膨胀；老底为较坚硬的粉砂岩。
31304工作面开采过程中，在31304运输巷一侧砌筑矸石带沿空留巷作为 31306工作面的进风巷。
3 砌筑矸石带沿空留巷方案
3.1 砌筑矸石带沿空留巷的主要技术要求
砌筑矸石墙沿空留巷的关键技术要求是：（1）提高矸石墙体强度，实现墙外切顶，在保证顶板完整的同时，使得支承压力向深部转移，以维护巷道的稳定；（2）保持矸石墙密封性能好，减少漏风量，并应具有一定的让压性能；（3）施工工艺简单可靠。
采空区侧采用砌筑矸石带法沿空留巷方式，应能够基本形成一道隔离采空区的密闭墙体，并及时提供较高的支撑力，保证及时贴顶支护。
3.2 砌筑矸石带沿空留巷的支护方案及矸石带结构
沿空留巷巷旁与巷内支护的关键是考虑“支护——围岩”相互作用关系[1]。随着工作面采深的加大，采用沿空留巷技术困难加大，再加上巷道要经受先期开采工作面的后支承压力、后开采工作面超前支承压力的两次采动影响，如果回采巷道支护方案不合理，易导致巷道围岩松软破碎，甚至墙体垮塌，整体变形量急剧增加。当巷内采用被动支护（如金属架棚支护），即使加大型钢型号、减小棚距，仍难以维护回采巷道的稳定。所以拟留巷巷道应采用预应力锚杆支护，并要求支护系统的预应力要大[2]。
巷旁支护上方顶煤或顶板完整性的控制是实现沿空留巷成功的关键[3]。如果在巷旁支护前顶板或顶煤已严重塌漏，则支护系统不能将支护阻力传递给顶板岩层，导致老顶回转下沉量加大，因而造成巷道顶板和巷道煤帮严重破坏，则沿空留巷难以成功。
31304工作面运输巷采用预应力锚杆支护，巷道断面（高×宽）2300×2500mm，选择Q335 Φ20×1800mm预应力锚杆，顶板布置4根，两帮各布置3根，排距800mm。设计锚杆预应力不低于3t。
留巷巷道断面与原掘进断面一致，矸石带净宽1900mm。其矸石带结构为：外侧采用工作面垮落的较规整矸石砌筑（宽度400mm左右）、里侧采用塑料编织袋装不规整矸石垒砌（宽度500mm左右），中间（1000mm左右）采用巷道起底碎矸石填充。由以往的实践经验知，沿空留巷的顶板下沉速度在工作面后方10～20m处最为强烈，工作面后方0～8m为压力降低区，工作面后方60～70m以后，顶板下沉趋向稳定。所以砌矸石带滞后工作面5m，一次砌筑矸石带长度1.0m。其矸石带结构如图2。
图231304工作面运输巷沿空留巷矸石带结构断面图
4 砌筑矸石带的安全技术措施
（1）13煤层为Ⅱ类自燃发火煤层，沿空留巷采空区侧不得留有遗煤，以防止遗煤在采空区氧化，导致自燃；另外，辅以向采空区侧喷洒阻化剂溶液（水80%、水玻璃5%、阻化剂15%），阻止遗煤自燃。
（2）由于13煤层的顶板较为坚硬，采煤工作面回采过程中若采空区出现悬顶，必须强制放顶，以减小应力集中。
（3）31304工作面回采过程中，要增加留巷巷道超前支护强度。当出现巷道围岩破碎严重时，可采用架棚等方法处理。
5 砌筑矸石带沿空留巷的效果分析
经现场观测， 31304工作面回风巷（留巷巷道）在31304工作面开采过程中，超前支护段顶板最大下沉量48mm，两帮最大移近量93mm，巷道断面收缩率小，满足巷道的行人、运输、通风等要求，这说明沿空留巷砌筑的矸石带具有良好的力学性能，有效地维护了巷道的稳定。
另外，由于推广砌筑矸石带沿空留巷技术，减少了区段煤柱损失，降低了掘巷成本，缓解了采掘接续紧张的局面，大大减少了掘巷的矸石运输量，明显提高了煤炭开采的经济效益。
参考文献：
[1] 陈锋.沿空留巷锚杆支护及其工程实践[D].淮南:安徽理工大学,2008.
[2] 张东升,茅献彪,马文顶.综放沿空留巷围岩变形特征的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(3):32-36.
[3] 张少华,赵英利.综放沿空留巷围岩活动规律模拟分析[J].矿山压力与顶板管理,2001,(3):34-39.
作者简介：王善村（1972-），男，工程师，1994年毕业于山东建筑工程学院，长期从事煤矿技术管理工作，现任新泰市莲花山矿业有限公司总工程师。