1 概述
沿空留巷技術(shù)的采用,對于緩解采煤工作面的接續(xù),降低巷道的掘進率,提高煤炭回收率及控制煤炭自然發(fā)火有著較好的技術(shù)、經(jīng)濟、安全和社會效益。傳統(tǒng)的碼矸石帶留巷方式,歷史上曾廣為采用。但隨著開采機械化程度的不斷提高,其碼矸石帶沿空留巷的缺點顯得越加不適應(yīng):由于碼矸石帶寬度大(4~5m),工人勞動強度大,影響采煤循環(huán)進度,單產(chǎn)難以提高;碼矸石帶往往需到采空區(qū)取料,作業(yè)環(huán)境危險;矸石帶增加頂板的懸臂梁長度,所留巷道壓力較大,巷道維修量大;石套可縮量大,達到25%~40%,不能及時有效的支護頂板,留巷中高很難保證;矸石帶留巷需重新拉底或挑頂,多次修復(fù)巷道,留巷費用高;接續(xù)工程難于安排,本層接本層采面布局更為突出。
針對碼矸石帶留巷方式的不足之處,杏花煤礦積極組織有關(guān)人員集思廣義尋找新的切合實際的留巷方式,并提出取消矸石帶,采用人工挑頂卸壓,密集支柱護巷新方法,簡稱卸壓法留巷。
2 卸壓法留巷的理論依據(jù)
根據(jù)采煤工作面頂板垮落后即由雙支梁變成懸臂梁,通過縮短懸臂梁長度,來降低直接頂對巷道基本支護的壓力,維護巷道的有效支護狀態(tài)。
3 壓力計算及支護參數(shù)的選擇
3.1 挑頂卸壓直接頂壓力計算與支護安全系數(shù)校核
(1)壓力計算。Q挑1) h%uB7%u3C1=16。32t/m
式中S——巷道頂板寬度2.6m;
h——直接頂厚2.04m
S1——直接頂鑲?cè)朊后w的距離0.6m;
%u3C1——頂板巖石容重2.5t/m3。
(2)安全系數(shù)校核。每架木棚打一加強木柱的支撐力為:P=30t/架,基本支護鋼梁木腿棚的間距為L則:
L=P/nQ挑 =0.92m
式中 P——鋼梁木腿棚承受的載荷30t/架;
n——安全系數(shù)取2;
選擇木棚間距為0.8m;
實際安全系數(shù): n%u2CA=P/Q挑%uD7 L%u2CA=2.3
式中 L%u2CA——實際鋼梁木腿棚間距0.8m
3.2 碼矸石帶直接頂壓力計算
直接頂沿巷道方向每米的壓力為:
Q碼=( S+S1+ S2)h%uD7%u3C1=38.76t/m
式中 S——巷道頂板寬度3.0m
S1——直接頂板鑲嵌入煤體的距離0.6m
S2——矸石帶寬度4m;
按棚距0.8m計算,則每架棚距所承受的壓力為:
P= Q碼%uD70.8=31t/架
每架棚所承受的壓力已超過棚子的最大承載力。
顯然,這種留巷方式雖有矸石帶分擔(dān)壓力,但矸石帶的可縮性較大,棚子的可塑量比矸石帶小,直接頂板的壓力首先作用在棚子上,待棚子壓垮后才逐漸作用于矸石帶上,使木棚難以支護頂板。
3.3 在裂縫帶巖層運動影響下,加強支護參數(shù)的選擇計算
在周期來壓期間,根據(jù)《礦山壓力及其控制》論述可知,老頂壓力一般為直接頂?shù)?倍。周期來壓期間挑頂卸壓留巷加強支護參數(shù)選擇計算:
(1)頂板沿巷道方向每米壓力:
Q=3Q挑=49t/m
每架棚所需加強支護的阻力:
R=QL=39t/架
(2)選擇加強支護為DZ25-25/100,每架棚3根則阻力為:
R%u2CA=3R1+R2=105t/架
式中 R1——單體液主支柱額定工作阻力25t/架;
R2——每架鋼梁木腿棚的阻力30t/架;
(3)安全系數(shù):n=R%u2CA/R=105/39=2.7
4 留巷方法
(1)取消矸石帶護巷,超前工作面放頂線15m范圍內(nèi)打挑頂眼,并吸取杏花礦開采23#頂板最小抵抗線的實踐經(jīng)驗,挑頂眼的眼距選擇0.8m,眼深1.8m。根據(jù)所留巷道凈寬的要求,盡可能減少懸臂梁長度。挑頂眼距硬幫為2.6m。
(2)下巷除保留原有20m雙排超前支護外,在滯后工作面刮板輸送機0.6~5m距離架鋼梁木腿棚,棚距為0.8m。在木棚的軟幫用板梁封幫,板梁間距為0.2m,起到接矸作用,巷道隨著架棚清到硬底。
(3)強制放頂在放頂線處裝藥放炮,每眼裝藥量為0.75kg。
(4)留巷加強支護與基本支護同步進行。加強支護滯后工作面50~60m。每兩架棚間靠軟幫棚頭處打兩棵單體液壓支柱,在鋼梁中心打一單體液壓支柱,同時在棚子的軟幫親口處打一加強木柱。滯后工作面50~60m以外的單體液壓支柱要翻下前運再支護進行循環(huán)。
5 沿空留巷礦壓觀測
挑頂卸壓留巷礦壓觀測是在杏花煤礦西采區(qū)右石門135采煤工作面下巷(23#左一巷)進行,觀測長度為142m。歷經(jīng)1個月零12d。在觀測期間,8次周期來壓,平均每天推進3.3m。觀測期間回采煤量為49 416t,平均每天回采的煤量為1 149t。
5.1礦壓觀測段支架狀況
礦壓觀測段巷道支架不完好的木棚14架,不完好率8%。硬幫棚腿在142m范圍內(nèi),木棚腿全部完好。軟幫棚腿折損12根,折損率6.7%。其中鋼梁壓裂、壓劈6根,壓劈率為3.4%。鋼梁被壓折3根,折損率為1.6%。
5.2 觀測結(jié)果分析
根據(jù)現(xiàn)場觀測資料,通過微機處理后分析,以頂板移近量,移近速度及壓力顯現(xiàn)作為劃分影響區(qū)的標志,可將留巷期間的頂?shù)装逡平蛪毫︼@現(xiàn)的不同幅度劃分為三個區(qū):
(1)A-頂板活動劇烈區(qū)(距工作面放頂線0~30m)。頂?shù)装迤骄平繛?41.4mm,占總移近量的60%。
(2)B-頂板活動影響減弱區(qū)(距工作面放頂線30~60m),頂?shù)装逡平繛?5.8mm,占總移近量的23.9%。
(3)C-頂板活動穩(wěn)定區(qū)(距工作面放頂線>60m)頂?shù)装迤骄平?6.6mm,占總移近量的15.6%。
采用強制放頂卸壓及巷道單體液壓支柱強有力的補強作用,通過礦壓觀測及實踐證明,工作面周期來壓對留巷的基本支護并沒有顯著影響。滯后工作面放頂線50~60m架撤單體液壓支柱時,頂板下沉量及頂板壓力???有所增加,但巷道的基本支護能有效地支護頂板,保證直接頂?shù)姆€(wěn)定性。
6 施工中遇到的問題及改進措施
(1)留巷架棚初期的鋼梁,由于采用U型鋼梁及工字鋼、鋼梁寬度只有95~125mm。在動壓區(qū)內(nèi)由于木棚腿受力不均,而有個別棚腿被壓劈。發(fā)現(xiàn)問題后,對鋼梁重新加工,在鋼梁兩端親口處各加焊一個250mm?0mm帶邊的鐵托板,防止了鋼梁的滾動,使木棚親口處受力均勻。使用后效果明顯,沒有發(fā)生棚腿被壓劈現(xiàn)象。
(2)在留巷期間,軟幫棚腿部分折損,原因是棚腿承受直接頂?shù)拇蟛糠謮毫安煽諈^(qū)冒落巖石的側(cè)向沖擊壓力。并且軟幫棚腿使用楊木損壞較多。發(fā)現(xiàn)問題后,軟幫棚腿由?8~20cm增加到?5cm左右的硬雜木,使木棚的完好率由原來的8%下降至3%。
7 經(jīng)濟效益及推廣前景
(1)直接經(jīng)濟效益。卸壓留巷與碼矸石帶留巷在經(jīng)濟上相比。工作面推進度比碼矸石帶提高2.3倍;效率提高2.4倍;單位成本下降34%;每米巷道減少費用276元/m。已施工巷道1 058m,可節(jié)約資金29.2萬元。
(2)推廣前景。該巷從所實現(xiàn)的1 058m巷道的外觀效果看,巷道狀況良好,結(jié)構(gòu)簡單??梢詽M足回風(fēng)、行人、運料等要求。并為工作面高產(chǎn)高效創(chuàng)造了良好的條件,具有良好的推廣前景。
8 ,幾點體會
(1)通過挑頂卸壓取消矸石帶是否成功,客觀上取決于圍巖的性質(zhì),主觀上取決于采用巷道支護是否與實際頂板狀況相適應(yīng),不能一概而論。
(2)人工挑頂應(yīng)將老楠的巖層挑開,因而挑頂眼的眼深應(yīng)根據(jù)不同的頂板條件進行適當?shù)恼{(diào)整,把握好挑頂眼的深度和角度,否則會前功盡棄。
(3)采用挑頂卸壓留巷,為提高其效果,減少維修量,應(yīng)盡快加以復(fù)用。否則維修量會隨時間的延長而增加,沿空留巷的費用也相應(yīng)增加。
(4)卸壓法留巷對于傾斜巷道需進一步探索,煤層傾角大于15%uB0的走向長壁后退式開采的工作面,在尾巷的留設(shè)需加強軟幫側(cè)護矸措施。