采煤工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)研究

何 明

(1.天地科技股份有限公司 開采設計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學研究總院 北京開采研究分院，北京 100013)

采煤工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)研究

何 明1，2

(1.天地科技股份有限公司 開采設計事業(yè)部，北京 100013；2.煤炭科學研究總院 北京開采研究分院，北京 100013)

針對陽煤集團新景礦3214工作面地質條件，對采煤工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)進行研究，提出沿空留巷專用支護系統(tǒng)選型設計原則，對充填過渡支架和擋矸支架優(yōu)化設計，并進行井下工業(yè)性試驗，確保了3214工作面沿空留巷充填開采工藝成功實施，實現(xiàn)工作面Y型通風，有效解決了隅角瓦斯積聚和超限問題，對解決回采工作面巷道布置、減少巷道掘進量、提高采區(qū)采出率、減少工作面準備時間、降低開采成本等具有重要意義。

沿空留巷；充填過渡支架；擋矸支架

沿空留巷技術取消區(qū)段煤柱，提高了煤炭資源采出率，延長了礦井服務年限；減少巷道掘進量，緩解了采掘接替矛盾的難題；實現(xiàn)工作面Y型通風系統(tǒng)，有效解決了工作面隅角瓦斯積聚和超限問題，取消了孤島工作面，有利于礦井安全生產。沿空留巷技術是無煤柱開采的重要發(fā)展方向，其技術優(yōu)勢和經濟效益都很顯著[1-5]。本文結合陽煤集團新景礦3214工作面具體地質條件，對采煤工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)進行研究。

1 新景礦3214工作面概況

陽煤集團新景礦3214工作面埋深434～535m，工作面走向長1086m，傾斜長211m。所采3號煤層大部分厚度穩(wěn)定，僅北部局部沖刷區(qū)煤層厚度變化較大，結構簡單，一般含1層夾石。煤層以鏡煤、亮煤為主，內生裂隙發(fā)育。煤層總厚0.8～2.61m，平均厚度2.26m；煤層傾角2～11°，平均傾角7°。

3214工作面基本頂為2.43m的灰白色細粒砂巖，成分以石英為主，長石次之，局部沖蝕下部巖層與3號煤直接接觸。直接頂為3.2m的灰黑色砂質泥巖，含植物化石，局部受基本頂砂巖沖蝕不存在。直接底為2.14m的灰黑色砂質泥巖，富含植物化石碎片，上部含砂量較小，有時相變?yōu)槟鄮r。

3214工作面布置1條進風巷、1條輔助進風巷及1條回風巷，輔助進風巷將被保留下來為下一工作面使用。工作面生產系統(tǒng)及巷道布置如圖1所示。工作面形成“兩進一回”的“Y”型通風系統(tǒng)，從系統(tǒng)上避免了上隅角瓦斯積存的問題。

圖1 3214工作面生產系統(tǒng)及巷道布置

2 沿空留巷專用支護系統(tǒng)選型設計

沿空留巷專用支護系統(tǒng)主要由充填過渡支架、巷旁擋矸支架、擋矸裝置及其他輔助裝置組成。其中，充填過渡支架與輸送機相連，方便架前鋪網(wǎng)，為架后充填作業(yè)提供安全空間，附帶擋矸裝置，防止移架時前、后架間漏矸；巷旁擋矸支架布置在充填過渡支架后部，具有擋矸、支護、糾偏等功能，適用于高水、膏體等材料充填。沿空留巷專用支護系統(tǒng)選型設計原則如下：

(1)專用支護系統(tǒng)支護強度應與采煤工作面煤層賦存條件和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律相適應，保障工作面安全高效生產。

(2)專用支護系統(tǒng)應與巷內支護、巷旁支護強度匹配，滿足留巷工藝需要。

(3)專用支護系統(tǒng)應保證沿空留巷作業(yè)空間安全可靠。

(4)專用支護系統(tǒng)應結構緊湊，自動化程度高，空間布置合理，減少輸送機停機時間，加快工作面推進速度。

(5)專用支護系統(tǒng)應具有調斜糾偏功能，保證充填墻體沿巷道走向平行施工。

針對陽煤集團前期沿空留巷專用支護系統(tǒng)中存在的諸多問題(如支護系統(tǒng)空間布置不合理、擋矸效果及穩(wěn)定性較差、拉移困難以及采空區(qū)側擋矸支架易傾斜等)，并考慮新景礦3124工作面生產銜接工期緊張等因素，經支護系統(tǒng)優(yōu)化設計及配套驗證，決定充填過渡支架在中部支架基礎上改造完成，并優(yōu)化原巷旁擋矸支架，整個專用支護系統(tǒng)采用電液控制，最終配套設備如下：中部支架：ZY6400/17/31AD，頂梁為鉸接頂梁帶伸縮梁結構；充填過渡支架：ZY6400/17/31AD(G)，共6架，在中部支架基礎上改造；巷旁擋矸支架：ZQL2×4000/17/31A(B)D，一組；運輸機：SGZ800/800；采煤機：MG300/700。

新景礦3214沿空留巷支護系統(tǒng)平面布置如圖2所示。

圖2 3214沿空留巷支護系統(tǒng)平面布置

新景礦3214工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)具體配套關系如圖3所示。

圖3 3214沿空留巷專用支護系統(tǒng)配套關系

如圖3中(a)所示：充填過渡支架機尾第6架靠近中部支架安裝，機尾第6架安裝后方和側方擋矸裝置防止采空區(qū)漏矸。

如圖3中(b)所示：充填過渡支架機尾第5架后方安裝靠近采空區(qū)一側的擋矸支架，擋矸支架安裝擋矸板；為避免機尾第6架移架時側方漏矸，機尾第5架安裝側方擋矸裝置；機尾第5架與擋矸支架之間安裝可左右旋轉、上下調節(jié)的擋矸板，該擋矸板與擋矸支架自帶擋矸板搭接防止漏矸；機尾第5架后方安裝擋矸裝置。

如圖3中(c)所示：充填過渡支架機尾第4架后方安裝擋矸支架靠近充填墻體一側的部分。

如圖3中(d)所示：充填過渡支架機尾第3架后方為充填作業(yè)區(qū)。

如圖3中(e)所示：充填過渡支架機尾第1架、第2架后方為留巷。

3 充填過渡支架優(yōu)化設計

中部支架ZY6400/17/31AD改造為充填過渡支架總體思路為：在原支架掩護梁背部兩側增加導向耳軸，設計可沿導向耳軸縱向滑動的箱形梁，該滑動梁與掩護梁之間通過滑動千斤頂連接，滑動梁上方鉸接一頂梁(帶伸縮梁)；原支架底座后部增加一鉸接底座，新增頂梁與底座之間通過立柱連接，新增頂梁姿態(tài)通過立柱及滑動千斤頂調節(jié)。對支架新增結構進行強度理論校核，改造后充填過渡支架ZY6400/17/31AD(G)如圖4所示。其中，新型擋矸裝置如圖5所示：包括側方擋矸裝置、后方擋矸裝置以及過渡支架與擋矸支架之間擋矸板。

1—原中部支架；2—滑動梁；3—導向耳軸；4—滑動梁；5—滑動千斤頂；6—頂梁；7—立柱；8—底座圖4 充填過渡支架ZY6400/17/31AD(G)

充填過渡支架結構特點如下：

(1)與以往支架后部支護空間采用挑梁結構相比，新增后部結構支護空間大，采用立柱支護頂板，支護強度高，增強了后部充填作業(yè)空間的安全性和穩(wěn)定性。

(2)通過滑動梁設計可以較好地保持充填過渡支架前后部高度一致，更有效地維護充填作業(yè)區(qū)頂板。

(3)后部鉸接式全封閉擋矸機構采用箱型結構梁，強度高、可靠性高，可隨采高位置自動調節(jié)，擋矸效果好。

(4)隨著采高變化可調節(jié)支架側方擋矸結構，擋矸效果好。

(5)充填過渡支架與擋矸支架之間的新型擋矸結構可實現(xiàn)左右旋轉、上下自主調節(jié)從而改善擋矸效果。

4 巷旁擋矸支架優(yōu)化設計

原有巷旁擋矸支架(如圖6所示)操作繁瑣，前后架需要分開拉架；采空區(qū)頂板垮落后，靠近采空區(qū)一側擋矸支架姿態(tài)不好調整；支架整體結構過長，而充填墻體凝固時間實際很短，不需要支架滯后支護。針對使用中存在的諸多不足，對原擋矸支架進行優(yōu)化設計，優(yōu)化后支架為前后鉸接結構，縮短整機長度，并增加輔助推移裝置，實現(xiàn)單排整體移架；底座和頂梁上增加防倒千斤頂，調整支架姿態(tài)。擋矸支架優(yōu)化后結構如圖7所示，其中新增輔助推移裝置如圖8所示。

圖5 新型擋矸裝置

圖6 原擋矸支架ZQL2×4000/17/31A(B)D

圖7 優(yōu)化后擋矸支架ZQL2×4000/17/31A(B)D

圖8 輔助推移裝置

5 井下工業(yè)性試驗

5.1 沿空留巷開采工藝

沿空留巷開采工藝如下：鋪網(wǎng)→割煤→移機尾充填過渡支架、擋矸支架→架后落山側臨時支護→架后正式支護→校對中線→支?！米⒒炷?等墻體凝固達到設計支撐強度)→留巷滯后支護。

5.2 初次來壓及周期來壓

(1)3214工作面初采期間推進12m落山頂板垮落，主要原因在于原切巷成巷時間早，頂板已產生離層，故受采動影響，落山直接頂垮落，但基本頂未發(fā)生垮落。

(2)瓦斯抽放量情況：工作面初采高抽巷瓦斯抽放量2016年12月19日8點班最大達到14.24m3/min，在12月22日下降到13.88m3/min，之后穩(wěn)定在10～15m3/min。

(3)3214工作面在12月19日工作面支架出現(xiàn)峰值40MPa，且一直穩(wěn)定在38～40MPa，12月20日支架工作阻力減小至26MPa左右，頂板壓力有明顯變化。

綜上分析，3214工作面初次來壓在2016年12月19日前后，當日推進度為進風29m，回風35m。3214工作面初次來壓步距30m，周期來壓步距10～14m，影響范圍3m。

5.3 巷道變形觀測

(1)進風巷頂?shù)装遄兓繛?～200mm，兩幫變化量為0～200mm；沿空留巷頂?shù)装遄兓繛?00～1600mm，兩幫變化量為100～900mm；回風巷頂?shù)装遄兓繛?00～2200mm，兩幫變化量為100～900mm。

(2)進風、輔助進風巷在構造揭露期間巷道變化量小，巷道支護強度能滿足要求。

(3)沿空留巷巷道變化大，柔膜處頂板下沉較大處建議隊組跟緊支設木垛、中路柱等支護設施，為巷道的二次復用打好基礎。

(4)回風巷巷道變化較大，應及時起底。

沿空留巷巷道高度和變化曲線如圖9、圖10所示。

圖9 沿空留巷巷道高度變化曲線

圖10 沿空留巷巷道寬度變化曲線

6 結 論

通過對沿空留巷專用支護系統(tǒng)的研究，提出了沿空留巷專用支護系統(tǒng)選型設計原則，建立了適應陽煤集團新景礦3214工作面的沿空留巷專用支護系統(tǒng)并對現(xiàn)有支架進行優(yōu)化設計，滿足了沿空留巷充填開采需要，確保了留巷成功。

(1)改造后的機尾充填過渡支架增加了支護面積和支護強度，能更好地維護頂板，改善頂板支護質量和作業(yè)環(huán)境，為支架后部充填作業(yè)提供了足夠的安全操作空間。

(2)解決了現(xiàn)有沿空留巷專用支護系統(tǒng)中擋矸效果、支架穩(wěn)定性差及采空側擋矸支架易傾斜、拉移困難等問題，后部擋矸支架穩(wěn)定性提高，移架更順暢，新型擋矸裝置的研發(fā)有效避免了采空區(qū)漏矸。

(3)沿空留巷專用支護系統(tǒng)實現(xiàn)了電液控制。

(4)采用“Y”型通風方式，有效緩解突出煤層銜接緊張、風量緊張、防突壓力大的被動局面。

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StudyonSpecificSupportingSystemforGod-sideEntryRetainingofCoalFace

HE Ming1,2

(1.Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2.Mining Institute，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)

Based on geological condition of 3214 working face in Xinjing coal mine of Yang coal group，specific supporting system for god-side entry retaining of coal face was studied systematic，and then specific supporting system selection and design principle of god-side entry retaining was put forward，god-side entry retaining filling mining technology of 3214 working face was processed successfully，and then Y-type ventilation of working face was realized，industrial test in the pit was proceeded，some problems that corner gas accumulation and ultralimit were solve successfully，it was significant for roadway layout of working face，decreasing roadway tunneling，improving mining ratio，decreasing release time of working face and reduce mining cost.

god-side entry retaining;filling transition support；resistance gangue support

2017-08-22

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.06.015

國家重點基礎研究發(fā)展計劃( 973) 資助項目(2014CB046302)；國家自然科學青年科學基金項目(51704157)；天地科技股份有限公司研發(fā)項目(KJ-2015-TDKC-01)

何 明(1983-)，男，山東泰安人，助理研究員，博士在讀，主要從事工作面支護與裝備技術研究。

何 明.采煤工作面沿空留巷專用支護系統(tǒng)研究[J].煤礦開采，2017，22(6)：62-65.

TD355.4

A

1006-6225(2017)06-0062-04

林健]