大傾角煤層非沿空護(hù)巷炮采工作面下出口無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用

摘要：代池壩煤礦炮采工作面下出口在傳統(tǒng)方法上都是沿巷道走向每間隔10m順煤層掘一“八字眼”來(lái)作為工作面的下安全出口，該傳統(tǒng)做法不但增加了施工“八字眼”期間瓦斯管理的難度及對(duì)安全的威脅，同時(shí)會(huì)造成大量煤炭資源丟失。炮采工作面下出口實(shí)施無(wú)煤柱開(kāi)采解決了瓦斯對(duì)安全的威脅，提高了煤炭資源回收率。

關(guān)鍵詞：大傾角煤層；非沿空護(hù)巷；炮采工作面；無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)；回采率；瓦斯 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD353 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0143-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.071

1 概述

隨著礦井生產(chǎn)能力的提高和開(kāi)采強(qiáng)度的增大，資源的緊張程度越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)。為了挖潛現(xiàn)有的煤炭資源，提高礦井資源回收率，將通過(guò)無(wú)煤柱開(kāi)采來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 研究與應(yīng)用工作面概況

3916工作面位于301采區(qū)+391～+320m區(qū)段石門(mén)以東的9#煤層中，走向長(zhǎng)度510m，傾斜平均寬度108m，工作面范圍內(nèi)純煤厚度一般為0.63m，屬較穩(wěn)定煤層。

9#煤層直接頂為灰色泥巖含煤屑，厚0.50m；老頂為灰色中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖，厚9.80m；直接底為薄層狀灰黑色泥巖夾煤線，厚3.00m；老底為中厚層狀泥巖，下部為粉砂質(zhì)泥巖，厚3.00m。對(duì)大傾角煤層非沿空護(hù)巷炮采工作面頂?shù)装寮暗V壓情況進(jìn)行詳細(xì)分析研究，選擇安全、經(jīng)濟(jì)、合理的支護(hù)方式和通風(fēng)方式，解決大傾角工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律復(fù)雜及其帶來(lái)的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，從而提高開(kāi)采過(guò)后巷道整體的完整性。

3 現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)測(cè)方法觀察礦壓規(guī)律

3.1 測(cè)站布置及觀測(cè)方法

工作面測(cè)站布置及觀測(cè)方法：沿工作面長(zhǎng)度方向自上而下布置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)觀測(cè)站，Ⅰ觀測(cè)站距離工作面上端頭長(zhǎng)度為10m，Ⅱ觀測(cè)站位于工作面中部，Ⅲ測(cè)站位于下缺口拐點(diǎn)處，Ⅳ測(cè)站位于工作左面下缺口底部，均設(shè)置三條觀測(cè)線。支柱載荷用SY-60A型壓力檢測(cè)儀觀測(cè)，將壓力檢測(cè)儀與單體液壓腔導(dǎo)通，即可從壓力檢測(cè)儀讀出單體液壓支柱的壓強(qiáng)，根據(jù)F=PS可以得出支柱的工作阻力。工作面機(jī)巷即皮帶運(yùn)輸巷測(cè)站布置及觀測(cè)方法：對(duì)超前支撐液壓支柱載荷和巷道的表面變形進(jìn)行觀測(cè)。巷道測(cè)點(diǎn)布置方法為單十字布點(diǎn)法。由煤壁開(kāi)始每5m布置一組頂?shù)准皟蓭妥冃瘟繙y(cè)點(diǎn)，在機(jī)巷內(nèi)設(shè)置10對(duì)測(cè)點(diǎn)，研究范圍為距離煤壁50m。頂?shù)装逡平坑脺y(cè)桿測(cè)取，兩幫以盡量用測(cè)槍讀取。超前支護(hù)單體支柱工作阻力每2m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，用SY-60A檢測(cè)儀測(cè)讀。

3.2 實(shí)測(cè)結(jié)果及其分析

3916工作面礦壓測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1所示，圖1列出了工作面單體液壓支柱平均工作阻力的分布情況：圖2～圖3給出了工作面機(jī)巷各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装遄冃吻闆r和超前單體液壓支柱的受力情況，列出了其中具有代表性的部分測(cè)點(diǎn)。

由表1和圖1可以得出，3916工作面開(kāi)采后，其采場(chǎng)支架載荷的分布、頂板下沉量、來(lái)壓顯現(xiàn)程度、來(lái)壓步距等沿采場(chǎng)傾斜方向均不相同，采場(chǎng)上部、中部、下部來(lái)壓步距分別為16m、18m和21m，整體下部略大于中、上部。通過(guò)分析單體支柱的初撐力和工作阻力，不論頂板來(lái)壓與否，其壓力分布沿工作面大致分為上部、中部、下部3個(gè)階段，工作面中部支柱阻力大于上部，下部支柱阻力最小。而與Ⅲ、Ⅳ兩個(gè)觀測(cè)相比，下缺口拐角的出現(xiàn)使采場(chǎng)周?chē)鷳?yīng)力出現(xiàn)重新分布，Ⅲ測(cè)站出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。4個(gè)測(cè)站阻力大小順序大致為：Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅳ。

由圖2～圖3可以得出：機(jī)巷頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俣纫约俺皢误w液壓支柱的工作阻力呈現(xiàn)周期性變化，機(jī)巷頂?shù)装逡平俣让黠@大于兩幫移近速度，各測(cè)點(diǎn)最大頂?shù)装逡平俣群蛢蓭鸵平俣燃爸е骄ぷ髯枇诰嚯x工作面4m左右開(kāi)始明顯變大，8m到達(dá)峰值，14m后開(kāi)始明顯變小。因此可以基本確定超前只支撐壓力峰值的范圍為距離煤壁8～14m范圍內(nèi)。而巷道表面變形速度較大由兩個(gè)區(qū)域組成，28～38m部分和距離煤壁8m以?xún)?nèi)部分，8m以?xún)?nèi)部分變化是因?yàn)槭茼敯鍞嗔训挠绊懀?8～38m內(nèi)主要是因?yàn)楣ぷ髅娉爸螇毫Φ挠绊憽?/p>

4 相關(guān)結(jié)果分析及生產(chǎn)技術(shù)難題處理

根據(jù)3916采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律來(lái)看，工作面下部支承壓力與工作面中部上部相比無(wú)明顯變化。但為避免因拐角處出現(xiàn)的應(yīng)力集中而造成的工作面壓力大，導(dǎo)致片幫嚴(yán)重和支柱壓死等，超前缺口的施工必須隨掘隨支。支護(hù)參數(shù)為：柱距0.8m、行人側(cè)支柱排拒1.0m、溜煤側(cè)0.9m。所作的缺口內(nèi)上幫必須用排柴背實(shí)，以防煤壁片幫傷人。根據(jù)工作面上覆巖層冒落帶分布情況以及采空區(qū)應(yīng)力分布情況來(lái)看，由于下部垮落空間較小，充填較為密實(shí)，對(duì)頂板支護(hù)作用較大，考慮到3916工作面局部煤層底板為炭質(zhì)泥巖含透鏡體，極易鉆底，不能單獨(dú)采用圓木或單體支柱對(duì)下出口采空區(qū)頂板進(jìn)行支護(hù)，為增大底板受力面積，防止鉆底滑底造成的巷道變形等，采用架設(shè)木垛方式支護(hù)工作面下出口采空區(qū)頂板。

5 技術(shù)手段

5.1 無(wú)煤柱開(kāi)采設(shè)計(jì)

（1）在工作面下端頭以45°層面角向東提前施工一寬2m的缺口；（2）距工作面下安全出口20m范圍內(nèi)采用單排單體液壓支柱戴帽點(diǎn)柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，柱距為0.8m；（3）工作面下端頭距巷道1m處采用長(zhǎng)度不低于0.8m圓木架設(shè)木垛進(jìn)行支護(hù)。

5.2 缺口支護(hù)方法

（1）施工超前缺口時(shí)必須做到隨掘隨支。支護(hù)參數(shù)為：柱距0.8m、行人側(cè)支柱排距1.0m、溜煤側(cè)0.9m。所作的缺口內(nèi)上幫必須用排柴背實(shí)，以防煤壁片幫傷人；（2）為便于木垛的堆碼，所作缺口內(nèi)的基本柱必須穿柱鞋，以保證底板的完整性；（3）工作面下端頭距巷道1m處沿走向采用圓木（直徑不低于14cm）架設(shè)木垛支護(hù)，兩木垛間距為0.50m；（4）架設(shè)的木垛必須接頂并用木楔打牢。木垛架好后方必須堆碼好矸石墊層，矸石墊層（傾斜）長(zhǎng)度不低于1.0m，高度必須接頂，以避免回收單體支柱時(shí)上方矸石下竄沖垮木垛。

本成果在代池壩煤礦3916工作面的成功開(kāi)采，解決了非沿空護(hù)巷炮采工作面下出口無(wú)煤柱開(kāi)采的超前缺口布置、頂?shù)装蹇刂啤⒅ёo(hù)方式確定等主要技術(shù)難題，重要的是緩減了采掘接替矛盾，回收了炮采工作面下端頭的全部煤炭，有效提高了礦井煤炭的回采率，降低了煤炭開(kāi)采成本，對(duì)企業(yè)發(fā)展、提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用。更重要的是大傾角煤層非沿空護(hù)巷炮采工作面下出口無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)研究的成功應(yīng)用，使工作面下端頭不再施工超前行人眼，減少炮采工作面下安全出口管理難度及小眼瓦斯對(duì)安全的威脅，從而杜絕了瓦斯事故的發(fā)生，帶來(lái)了不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：鄧學(xué)勇（1968-），男，四川閬中人，川煤集團(tuán)廣旺公司代池壩煤礦總工程師，采礦工程師，研究方向：生產(chǎn)技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）