采掘相向沿空掘巷動態(tài)分段圍巖控制技術(shù)

王 偉

(山西陽煤五礦，山西 陽泉 045209)

0 引言

沿空掘巷就是完全沿采空區(qū)邊緣或僅留很窄煤柱掘進巷道。具體說，就是把巷道布置在位于靠煤柱一側(cè)的低應(yīng)力場，便于巷道維護，減少變形量。采掘相向沿空挖掘巷技術(shù)，可以有效地緩解傳統(tǒng)采掘接續(xù)緊張關(guān)系，提高巷道掘進質(zhì)量與維護效率，增大回采率。文章以付村煤礦為例，介紹了采掘相向沿空挖掘巷技術(shù)的具體應(yīng)用。

1 工程概況

付村煤礦的主采工作面為3上411，其在實際運輸過程中需要在巷位3上進行，而整個煤層位于東西南部-480 m水平上，工作標高為-133～305 m，如圖1所示。煤層深度在300 m左右，煤層平均厚度為5.4 m，呈現(xiàn)出單一斜構(gòu)造形式。煤層傾角0°～12.5°。如果使用傳統(tǒng)的掘進技術(shù)進行煤炭采掘，那么就會在一定程度上增加煤礦動壓壓力，這對其的正常開采與掘進工作來說造成了很大的影響。采掘相向沿空掘巷動態(tài)分段圍巖控制技術(shù)的出現(xiàn)可以有效地解決這一問題，可以更好地提升煤炭的開采、掘進工作質(zhì)量與效率。

圖1 煤礦工作面位置

2 巷道動壓影響范圍數(shù)值模擬

2.1 模型建立

通過分析該礦地質(zhì)條件，可得出在實際回采期間，想做好掘進工作，就需在煤礦所處位置布置3上411工作面，并將煤炭運輸?shù)娜^程巷迎3上4080通過回采工作面的形式進行巷道挖掘，之后再將所得出來的挖掘結(jié)果進行深入分析，并制定出一項科學(xué)、合理的數(shù)值模型，為接下來開展的挖掘工作打下了良好的保障基礎(chǔ)，提升巷道的挖掘質(zhì)量與效率。

在對采掘相向沿空掘巷實際挖掘過程中所使用的數(shù)值計算模型為長寬高相乘為基礎(chǔ)進行計算，如250 m×250 m×78 m。煤礦模型可劃分成97 500個單元，再將這些單元劃分成104 040的節(jié)點。在對該模型實際計算中，得出模型按平均密度的形式算得整個模型密度2.5 t/m3、深度300 m。想保證模型的計算工作順利進行，可在模型中上方增加垂直應(yīng)力，并對模型的運行全程進行限制，使模型在頂部邊界的位置中運行，保證其安全、穩(wěn)定地運行下去。通過對模型的分析，得出模型的自重載荷為7.5 MPa，水平側(cè)壓系數(shù)為0.315 8，荷載大小為2.36 MPa。

2.2 模擬結(jié)果分析

通過對模型的分析，可以有效地得出其在開展挖掘、開采工作時，應(yīng)該將整個開采機械設(shè)備的運行范圍以及踩空區(qū)控制在外側(cè)，保證其在實際開采過程中煤巖體的內(nèi)部不可以出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，為機械開采工作提供良好的保障。

巷道圍巖垂直應(yīng)力在水平切面上進行合理分布，將整個機械挖掘的距離控制在煤礦深處的60 m之內(nèi)，避免其在挖掘時受到的不良影響。對于挖掘深度在40 m時，現(xiàn)有的挖掘機械設(shè)備在實際運行期間會受到巷道掘進的影響，導(dǎo)致機械波動嚴重，巷道周邊的應(yīng)力也會逐漸增加，但是未達到峰值狀態(tài)。要想從根本上解決這一問題，就應(yīng)該做好巷道頂板巖石層活動全過程控制，并根據(jù)挖掘的深度對機械設(shè)備的運行速度、狀態(tài)等進行合理控制。

3 動壓巷道圍巖分段控制

3.1 動態(tài)分段控制原理

通過對相向沿空掘巷模擬結(jié)果分析，可以有效地得出其在實際開采過程中實體煤炭挖掘段狀況與動壓對整個煤層段造成的不良影響，這對于接下來所開展的挖掘工作來說提供了良好的保障基礎(chǔ)。在工作面為60 m的位置進行作業(yè)之后，再對現(xiàn)有的巷道圍巖進行加固支護，減少其在實際挖掘期間的不良影響。當挖掘設(shè)備延伸到100 m的深度挖掘時，可以適當?shù)販p少挖掘設(shè)備的運行速度，并將其通過沿空挖巷的形式進行挖掘，從而提升挖掘工作質(zhì)量與效率，減少對支護造成的不良影響。

3.2 動態(tài)分段控制對策

在對一些實體的煤炭進行挖掘時，如果3上408工作面發(fā)生嚴重的波動現(xiàn)象，那么可以適當提升圍巖自身的承載能力，對于在就挖掘初期處于變形的狀態(tài)來說，可通過錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護的形式進行挖掘。常用的金屬網(wǎng)厚度為3.0 mm、孔洞為60 mm×60 mm、頂板錨規(guī)格為10 mm×2 400 mm、間距為900 mm×800 mm。如其在實際運行期間受到了挖掘的擾動，那么可對其進行支護加強來為整個挖掘工作進行防護，保證挖掘工作可順利進行下去，提升煤柱與頂板的穩(wěn)定性，增強支護整體強度。

3.3 注意事項

相向沿空掘巷，由于受到上區(qū)段工作面開采影響，巷道要經(jīng)歷上覆巖結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的動壓作用，巷道支護形式要確保頂板和窄煤柱的穩(wěn)定。應(yīng)堅持“高阻支護，動態(tài)監(jiān)測，分段控制，固結(jié)煤幫，穩(wěn)定頂板”的思路組織施工。

為了減小巷道圍巖大變形，可采取“高強度讓壓錨桿”和“帶肋錨索”相結(jié)合的支護方式，來減小支護系統(tǒng)承受的圍巖壓力，利用巷道圍巖的自承力控制巷道變形。

還要加強采掘工作人員的培養(yǎng)，有效地提高工作質(zhì)量與效率，提高其綜合素質(zhì)水平與專業(yè)操作技能，保證可以在一個安全的開采環(huán)境下進行作業(yè)。

4 結(jié)語

根據(jù)3上411運輸巷迎3上408回采工作面現(xiàn)狀，開展挖掘全過程動態(tài)分段控制工作，加強對各個環(huán)節(jié)的管理，從而避免實際開采過程中存在的不足，確保掘進安全。