采煤工作面柔模混凝土沿空留巷技术研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期技术应用摘要：为提高巷道利用率、缓解采掘接替紧张局面，以3 50 3 运输巷为背景，在原有锚网索支护体系基础上，通过长锚索对顶板支护进行补强，提升支护体系强度，便于降低留巷期间顶板下沉量。在巷道采面帮施工1.5m宽柔模混凝土，并配合对拉锚栓增强柔模混凝土支撑能力。现场应用表明，采用的柔模沿空留巷技术可满足3 50 3 运输巷围岩控制需要。关键词：煤炭开采；柔模混凝土；沿空留巷；顶板支护；锚索补强中图分类号：TD353文献标识码：A0引言沿空留巷技术在国内众多矿井有成功应用，同时众多的学者对沿空留巷围岩支护技术、矿压显现等方面展开了研究 1-3 ,现阶段沿空留巷巷内支护主要通过锚网索+锚网等主动支护方式，并配合架棚、单体以及档杆支架等被动支护方式共同控制留巷段围岩变形量。对于巷旁支护方式，依据巷旁支护材料差异可分为以下类型：使用木垛、单体以及研石墙等进行巷旁支护；使用膏体进行巷旁支护；使用钢管混凝土、柔性混凝土等进行巷旁支护 4-8 山西某矿以往采用留设煤柱护巷，不仅面临煤炭资源回收率偏低、巷道掘进工程量大等问题，而且受到掘进条件、瓦斯等多因素影响，巷道掘进效率偏低、矿井采掘接替局面紧张。为此，提出将柔模沿空留巷技术应用到3 50 3 运输巷支护中，以便确定巷道稳定，提升采面煤炭生产效率。1工程概况3503综采工作面开采5号煤层，煤层结构简单，厚度2.92 5.10 m均值4.0 m），倾角0 12，埋深均值6 50 m。采面设计推进长度16 2 0 m、倾向长度235m，采用大采高开采工艺，采高为4.0 m。现场实测采面开采区垂向应力为18.9 5MPa,最大水平应力、最小水平应力分别为2 6.97 MPa、14.52 M Pa。5号煤层顶底板岩性以粉砂岩、炭质泥岩、石灰岩等为主，顶板岩层相对稳定,裂隙不发育。3503综采工作面采用柔模混凝土留巷时，将采面原有的U型通风方式（一进一回)改为Y型通风方式（两进一回），具体通风系统布置见图1所示，通过Y型通风方式可有效解决回风隅角瓦斯集聚问题。2柔模留巷技术现场应用2.1留巷巷道补强加固2.1.1巷道原有支护方式3503运输巷设计断面为矩形（宽度4.2 m、高度收稿日期：2 0 2 2-0 8-0 3作者简介：高威力（198 9一），男，湖北巴东人，本科，毕业于山西大同大学采矿工程专业，工程师。山西冶金ShanxiMetallurgy采煤工作面柔模混凝土沿空留巷技术研究高威力（山西焦煤汾西矿业两渡煤业公司，山西灵石0 3 13 0 2）4.0m、净面积16.8 m），长度为16 50 m，沿着巷道底板布置，围岩采用锚网索支护方式。巷道顶板采用全锚索+菱形网支护，采用的锚索为规格21.8mm5200mm钢绞线，间排距为900mm800mm。巷帮支护采用锚索+锚杆+菱形网方式,其中煤柱巷采用规格17.8mm4200mm钢绞线+菱形网支护，锚索布置间排距为10 0 0 mm800mm;采面帮采用规格18mm2500mm锚杆+菱形网支护，锚杆间排距为10 0 0 mm800mm。锚索锚固用MSZ-23-120型树脂锚固剂，托盘为规格300 mm300 mm12 mm 钢托盘。2.1.2补强加固在超前采面50 m以外区域，采用长锚索、双层菱形金属网对3 50 3 运输巷进行补强加固，具体补强加固见图2 所示。采用的补强锚索规格21.8mm9200mm,间排距按照9 0 0 mm800mm布置，双层菱形金属网网孔孔径7 0 mm，长宽分别为6 3 0 0 mm、1 000 mm。2.2柔模砌筑在3 50 3 运输巷靠近采面一侧砌筑柔性混凝土挡墙，混凝土浇筑时选用三维纺织结构柔性模板，留巷段巷高为4 m、巷宽为2.7 m，浇筑的混凝土墙体宽度为1.5m。混凝土浇筑时采用的三维纺织结构柔性模板由袋外加筋纤维、袋内拉筋等构成,有自闭注浆口，具有强度高、质量轻、便于井下施工等优点。浇筑的混凝土选用早强、微膨胀、高强、自密实、高流动混凝土，Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.092文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 2 3 2-0 23503进风巷3503运输巷3505运输巷图1留巷通风路线示意图采空区柔模混凝土连续墙3505切眼2023年第8 期高威力：采煤工作面柔模混凝土沿空留巷技术研究233留巷段底鼓及顶板下沉量大的主要是采面后方锚索：21.89200排距：8 0 0顶铺索：2 1.8 52 0 030020:000000帮铺索:17.84.20d图2 巷道补强支护示意图（单位：mm）强度高于C40。柔性混凝土内横穿对拉锚栓为直径2 2 mm的螺纹钢，在锚栓两端有规格M24、长度1 2 5mm螺纹，锚栓长度为1 7 0 0 mm。每排布置5根对拉锚索，布置间排距为1 1 0 0 mm1200mm,对拉锚栓垂直柔模混凝土布置,在柔模混凝土砌筑成型2 d后在对拉锚索上施工3 0 0 Nm扭矩；对拉锚栓两端均有规格3 0 0 mm300mm12mm钢托盘,采用16mm圆钢焊制的钢梁连接对拉锚栓。具体砌筑完成的柔模混凝土结构见图3 所示。图3 留巷段柔模混凝土结构图3王现场应用效果分析3.1围岩变形量监测为持续监测柔性混凝土布置段围岩变形量,在留巷段内布置测点对巷道顶底板变形量、巷帮位移量以及柔模混凝土墙体变形量等进行监测，具体变形监测结果见图4 所示。+顶板下沉量+底鼓量墙移量一帮鼓量100012008006004002000L020406080100120140160180200距煤壁距离/m图4 留巷段围岩变形监测曲线从监测结果看出，柔模混凝土留巷段在滞后采面后方0 1 2 0 m范围变化比较大，之后变形趋稳。在滞后采面1 8 0 m位置时，柔模混凝土留巷段顶板下沉量为4 0 8 mm、底鼓量为1 0 0 5mm、混凝土墙位移量为258mm、煤柱帮位移量为1 8 2 mm，留巷段底鼓较为明显,其次为顶板下沉量，巷帮位移量整体较小。采空区顶板垮引起的动压导致。由于留巷段顶板较为稳定，通过补强锚索进行超前加固可明显降低顶板下70沉量，同时采用的柔模混凝土强度较高，可起到较好900300巷道中心线回4.200帮铺索：182.500的顶板支撑效果，对于巷道底鼓而言，进行后续修整即可满足使用需要。从柔模混凝土留巷段围岩变形监测结果可以看出，采用的支护措施可实现留巷段围岩变形控制。3.2对拉锚栓应力监测布置测点对柔模混凝土墙体上布置的对拉锚栓应力进行监测，具体对拉锚栓应力监测结果见图5所示。5000在柔模混凝土墙体上施工的对拉锚栓应力在滞后采面2 5 1 3 5m范围内缓慢增加,最终稳定在4 1 kN，柔模混凝土墙体内压力变化较为平稳。从现场来看，柔模混凝土墙体未有明显破坏，墙体抗压强度及顶板支护强度可达到预期效果。4结论1)对于3 50 3 运输巷留巷段，针对现场情况顶板采用全锚索支护并施加较大的预紧力可有效控制顶板下沉量；在超前采面50 m以外通过长锚索对巷道顶板进行补强加固，可提高顶板抵抗采动应力影响，控制顶板变形；在留巷段采用柔模混凝土砌筑宽度1.5m混凝土墙体,并在墙体上施工对拉锚栓，可起到隔绝采空区、支撑顶板目的。2)对3 50 3 运输巷留巷段补强加固方案以及柔模混凝土留巷技术方案进行设计，并进行工程应用。现场应用后,留巷段围岩稳定,变形量在允许范围内，混凝土墙体未有开裂、大变形等情况出现；留巷段底板底鼓量较大，在后续使用时适当修整即可满足使用需要。采用的柔模混凝土留巷可控制3 50 3 运输巷围岩变形，满足巷道后续使用需要。参考文献1王伦.综放柔模沿空留巷煤炭开采技术应用研究一以高河煤矿为例 J.能源与节能,2 0 2 1(1 2):2 1 1-2 1 2.2黄宁.高瓦斯综放面巷旁“组合 充填体沿空留巷技术研究 D.徐州：中国矿业大学，2 0 2 1.3王虎伟.浅析常村煤矿3 1 1 0 1 综采工作面沿空留巷柔模（局部)变形因素和治理方案 J.煤,2 0 2 0,2 9（8：7 8-8 1.4霍雪峰.沿空切顶留巷围岩变形演化特征及其控制技术 D.泰安：山东科技大学，2 0 2 0.5 享郭李刚.采煤工作面柔模混凝土沿空留巷（下转第2 3 6 页）20图5拉锚栓应力监测曲线406080100120140 160距煤壁距离/m山西冶金236E-mail:第4 6 卷层回采起到的保护效果较弱，5号煤层仍具备有突出危险性。为此，提出在5号煤层底板下覆2 0 m的砂质泥岩中布置底抽巷，通过布置穿层钻孔实现1151综采工作面回采巷道掘进区域内瓦斯治理，为巷道掘进创造良好条件。回采巷道掘进期间综合使用本煤层顺层钻孔、高位钻孔等方式实现瓦斯预抽，消除回采范围内煤层瓦斯突出危险性。在采面回采期间通过采空区埋管、上下端头封堵等措施减少采空区瓦斯涌出量。1151综采工作面瓦斯综合治理措施应用后，回采巷道掘进及采面回采期间未有瓦斯突出征兆，采面瓦斯抽采率为6 0%，瓦斯含量及瓦斯压力降至安全范围内，回采期间风排瓦斯量为3.52 m/min，各位置瓦斯浓度均较低，可满足采面回采需要。Research on Gas Control Technology in Outburst Coal Seam Mining Face(shanxi Coking Coal Group Xishan Coal Electricity Tunlan Mine,Gujiao Shanxi 030200,China)Abstract:In order to achieve safe and efficient coal extraction in the 1151 fully mechanized mining face,it is proposed to comprehensivelyadopt measures such as bottom drainage tunnel through layer drilling,coal seam bedding drilling,high level gas extraction drilling,goafburied pipe extraction,etc.to achieve gas extraction in this coal seam and goaf,eliminate the risk of coal seam outburst,and reduce gasemission during tunnel excavation and subsequent mining.By placing isolation walls at the upper and lower ends of the mining face forsealing,the amount of gas emitted from the goaf can be further reduced and the purpose of suppressing the spontaneous combustion ofresidual coal in the goaf can be achieved.After on-site application,the danger of coal seam outburst in the excavation and mining area of themining face was eliminated,and the gas content and pressure in the coal seam were reduced to a safe range.There were no signs of outburstduring the excavation and mining period,indicating that the gas c