采煤工作面沿空留巷施工工藝分析

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摘要:煤炭資源為非可再生資源，為提高煤炭資源回采率，節(jié)約國家寶貴資源，降低成本，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，采煤工作面留巷技術(shù)及工藝顯得尤為重要。以趙固一礦16031工作面沿空留巷為背景，淺談沿空留巷施工工藝流程及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:煤炭資源;工藝;沿空留巷

引言

焦作煤業(yè)集團趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司趙固一礦(以下簡稱“趙固一礦”)井田位于焦作煤田東部，太行山南麓，隸屬輝縣市管轄。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°33'00″～113°43'39″，北緯35°23'09″～35°28'00″。東西長約15km，南北寬2．0～5．5km;面積為81．5808km2，開采標(biāo)高為－330～－780m。2009年5月正式投產(chǎn)，設(shè)計井型240萬t/年，2015年核定生產(chǎn)能力300萬t/年。礦井總資源儲量3．73億t，可采儲量1.65億t。礦井采用立井單水平盤區(qū)式開拓，設(shè)計4個立井，分別為主井、副井中央風(fēng)井和西風(fēng)井，井口位置均位于井田中深部;井口標(biāo)高+83．8m，車場水平標(biāo)高－525m。礦井主采二疊系山西組二1煤層，煤層傾角2°～6°，煤層平均厚度5．29m，煤層無自燃傾向，無煤塵爆炸危險，屬瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型為極復(fù)雜型。

1工程概述

趙固一礦16031工作面屬于礦井的－525m水平，位于礦井北翼，所屬盤區(qū)為西六盤區(qū)，東為16041工作面，南為16031工作面聯(lián)絡(luò)巷、北翼三條大巷和F16斷層，西為16021工作面和F25斷層尖滅端，北DF80和F15斷層。工作面開采煤層為二1煤層，厚度為5．7～6．5m，平均為6．22m，煤層平均傾角為4°。工作面沿傾向布置，傾向長度為1071m(至停采線)，走向長度為110．8m，面積為118666．8m2，可采儲量(3．2m)為51．56萬t，服務(wù)年限為5．1個月。16031上順槽為沿空留巷，回采側(cè)采用“金屬菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))+鋼絲繩+U鋼柱”方式防護，頂板采用單體柱輔助支護。

2沿空留巷施工工藝

1)在上順槽超前工作面實施深孔預(yù)裂爆破，具體如下:①爆破孔位置:在16031工作面上順槽頂板回采側(cè)布置一列爆破孔，孔口位置距中線2．1m。②爆破孔參數(shù):孔徑50mm，孔深為10．5m，孔口間距600mm，允許偏差±100mm，爆破孔與巷道中線垂直，向西偏5°，偏差0°～3°。③鉆孔機具:MYBZ15A型液壓鉆機或MQT－130/3．2型錨桿鉆機。④裝藥方式:使用2m長聚能管輔助進行裝藥，聚能管管壁聚能孔方向與巷道中線方向平行。⑤裝藥結(jié)構(gòu):每孔4節(jié)聚能管，從上向下每節(jié)聚能管裝藥量分別為5－3－2－1。⑥封孔:封孔長度3．5m，使用三段水炮泥，水炮泥外剩余的炮眼部分用黏土炮泥封實。⑦每循環(huán)爆破眼數(shù)不大于15個。2)在工作面超前段頂板平行巷道中線方向補打2排U鋼梁錨索加強支護。東偏巷道中線400mm打設(shè)一排單體柱作為信號柱，單體柱間距1800mm，初撐力不小于11．5MPa，單體柱直接點在頂板槽鋼梁上。3)巷幫擋矸防護:擋矸支護在工作面1#架后側(cè)施工，沿空留巷巷幫擋矸防護采用“金屬菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))+鋼絲繩+U鋼柱”的方式，具體設(shè)計如下:①金屬菱形網(wǎng)在工作面1#～7#架前上網(wǎng)，金屬菱形網(wǎng)頂部向巷道內(nèi)外露200mm與巷道內(nèi)原頂板支護網(wǎng)片相連，搭接長度不低于200mm。架前相鄰網(wǎng)片搭接長度不小于200mm，并用雙股鐵絲將兩層網(wǎng)搭接處連接在一起，其扎結(jié)點呈三花形布置，間距不超過200mm。使用柔性網(wǎng)上網(wǎng)時，柔性網(wǎng)長10m，寬5．2m，柔性網(wǎng)長邊垂直巷道中線方向鋪設(shè)，短邊平行巷道中線方向鋪設(shè)，搭接長度不低于200mm。②上第一趟網(wǎng)時，將雙層金屬菱形網(wǎng)直接與頂板原支護網(wǎng)片、鋼筋梯等進行捆扎，金屬網(wǎng)搭接長度不小于200mm，用鐵絲將兩層網(wǎng)搭接處連接在一起，其扎結(jié)點呈三花形布置，間距不超過200mm。③在工作面1#～7#架前每隔600mm上1根鋼絲繩，鋼絲繩一端固定在菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))上，另一端固定在巷道頂板走向U鋼梁上，繩頭使用鎖具進行固定。④平行巷道中線方向在工作面鋪設(shè)7道鋼絲繩，第一排距回采側(cè)煤墻300mm，排距500mm，共鋪設(shè)6道，鋼絲繩十字交叉處用繩卡進行固定。在工作面7#支架處平行巷道中線方向固定第7道鋼絲繩。續(xù)接鋼絲繩時，鋼絲繩搭接長度不得小于500mm，使用不少于2個繩卡進行固定。⑤沿空留巷內(nèi)，東偏巷道中線400mm打設(shè)1排單體柱，柱距1800±100mm，允許偏差±100mm，單體柱打設(shè)在頂板槽鋼梁上，初撐力不小于11．5MPa，迎山有力，直線度偏差不超過±50mm，單體柱下墊鐵鞋。4)金屬菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))施工步驟:①將卡箍及手動絞盤安裝在工作面1#～7#液壓支架的前立柱上，定滑輪安裝固定在液壓支架的起重環(huán)上，保證定滑輪的方向與手動絞盤方向一致，每個手動絞盤上纏繞6mm鋼絲繩不少于10m，一頭在絞盤上固定牢固。②將每個絞盤上面安裝好的鋼絲繩的自由端繞過頂梁上面固定的滑輪，然后再從菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))底部穿過，將絞盤鋼絲繩自由端與菱形網(wǎng)(柔性網(wǎng))連接，使用護幫板配合絞盤逐步將菱形網(wǎng)上至支架頂梁上。5)擋矸柱打設(shè)方式:①擋矸柱選用2段長度分別為2600mm和1900mm的U36型鋼進行擋矸，采用三副卡纜進行搭接，搭接長度不低于500mm。上部的U型鋼在內(nèi)，下部的U型鋼在外，插入底板深度不低于300mm;擋矸柱距巷道中線不小于1500mm，間距600mm，與頂板呈5°～10°打設(shè)(柱根扎向采空區(qū))。②擋矸柱必須接頂接底，安裝時先使用手拉葫蘆將擋矸柱上端吊至安裝位置，初步擰緊卡纜螺絲防止擋矸柱歪斜，擰緊卡纜螺絲，卡纜螺絲扭矩100N•m，不得超過150N•m。③在擋矸柱卡纜連接部位分別增加一組連接板，將相鄰的U型鋼連接起來，使擋矸柱形成一個整體。④巷道變形無法使用頂板U鋼梁固定U鋼柱時，需在巷道頂板掏柱窩，插入頂板深度不低于200mm。⑤在擋矸柱里側(cè)鋪設(shè)單層金屬焊網(wǎng)，焊網(wǎng)里側(cè)褙風(fēng)筒布或阻燃布，頂部向巷道內(nèi)外露200mm與巷道內(nèi)原頂板支護網(wǎng)片相連，底部接底，鋼筋焊網(wǎng)搭接不少于3格。使用16#鍍鋅鐵絲將金屬網(wǎng)固定在擋矸柱上，綁扎點間距不大于500mm，鉛絲必須旋擰不得少于3圈，擰緊擰牢。

3沿空留巷維護要求

1)及時對巷道進行落底，保證巷道高度不低于2．0m。2)頂板及幫部出現(xiàn)失效錨索時，及時安排人員補打錨索及時支護。頂板及幫部網(wǎng)片出現(xiàn)開裂及時補聯(lián)，防止掉矸傷人。3)沿空留巷內(nèi)出現(xiàn)歪斜柱、脫根柱以及死柱時，及時改柱。

4錨索質(zhì)量要求

1)錨索預(yù)緊力:21．6mm×10300mm、21．6mm×6300mm錨索不小于200kN。2)錨索允許偏差項目:孔距:±100mm。孔深:0～+200mm。外露長度:150～250mm。角度:±3°。3)每根21．6mm×10300mm、每根21．6mm×6300mm錨索使用3支Z2350型樹脂錨固劑錨固。

5錨索安裝工藝及要求

5．1錨索支護流程

施工前準備工作—點眼、打眼—清理鉆孔—逐支裝入樹脂錨固劑—安裝、錨固錨索—上錨索托盤及索具—用錨索張拉泵預(yù)緊錨索。

5．2錨索安裝工藝

根據(jù)錨索間排距定好孔位，21．6mm×10300mm錨索采用MQT－130/3．2錨桿機打眼，21．6mm×6300mm錨索采用ZQS－60/2．0S型氣動手持式鉆機打眼。打完眼后，裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線逐支輕推至孔底，安上攪拌器，用錨桿機攪拌，攪拌時間25～35s，退下錨桿機和攪拌器，等待8min后，上錨索墊板和索具，采用風(fēng)動錨索預(yù)應(yīng)力張拉機具緊固。

5．3錨索安裝要求

1)打錨索眼:按設(shè)計要求定準眼位，按要求打夠眼深。2)送樹脂錨固劑:向錨索孔裝入樹脂錨固劑，用鋼絞線將錨固劑推入孔底。3)攪拌錨固劑:用攪拌器連接鋼絞線與鉆機，打開風(fēng)馬達控制扳機，緩?fù)泼蛿?，將鋼絞線注至設(shè)計深度。當(dāng)鋼絞線到達眼底時，將扳機開到最大，攪拌25～35s，以確保樹脂完全混合。4)緊固錨索:使用MQ22－320/63、MQ18－320/63型礦用風(fēng)動錨索張拉機具張緊錨索。

5．4三徑匹配

21．6mm×10300mm錨索使用MQT－130/3．2錨桿機，鉆桿規(guī)格:B19×1000mm，鉆頭規(guī)格:28mm。21．6mm×6300mm錨索使用ZQS－60/2．0S型氣動手持式鉆機，配麻花鉆桿，鉆頭使用28mm羊角鉆頭。錨固劑采用Z2350樹脂錨固劑，直徑23mm，長度500mm。鉆孔直徑、錨索直徑、錨固劑直徑“三徑匹配”符合設(shè)計要求。

6礦壓觀測

1)在工作面前方及后方200m范圍內(nèi)每間隔20m建立一個測站，用于測量留巷頂?shù)装逡平考皟蓭褪諗苛?。建站后，工作?00m范圍內(nèi)測站每2天觀測一次數(shù)據(jù)，其余每周觀測1次。進入后方觀測時，必須安排專人觀察巷道情況，發(fā)現(xiàn)異常及時撤出，其他無關(guān)人員禁止進入。2)建立礦壓觀測臺賬，及時更新觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)留巷頂板下沉量超過100mm，兩幫移近量超過500mm時，應(yīng)及時采取措施進行維護。

7結(jié)語

目前，煤礦生產(chǎn)單位對沿空留巷的認識比較統(tǒng)一，不斷優(yōu)化沿空留巷工藝，創(chuàng)新沿空留巷施工方案，保證沿空留巷施工效果，是需要長久持續(xù)推進的工作。推行沿空留巷，不僅對生產(chǎn)礦井進行技術(shù)改造、緩和采掘關(guān)系和延長礦井壽命具有現(xiàn)實意義，而且也是使煤炭企業(yè)改善安全條件和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，增產(chǎn)、增盈減虧的主要途徑之一。

作者：黃志遠 王優(yōu) 常征征 單位：焦作煤業(yè)集團趙固能源有限責(zé)任公司