錢虹光

高瓦斯薄煤層沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究

錢虹光

(華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲礦，山西 柳林 033399)

為實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高回采率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，從根本上解決上隅角瓦斯超限問題，針對沙曲礦北翼2#煤層瓦斯高煤層薄的地質(zhì)狀況，在2#煤層首采22201工作面進(jìn)行了沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究。通過理論分析，確定了22201工作面的巷道布置、支護(hù)方式和通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)了沿空留巷充填系統(tǒng)，在22201工作面實(shí)現(xiàn)了沿空留巷Y型通風(fēng)系統(tǒng)，也為其它類似條件下沿空留巷Y型通風(fēng)的研究提供了借鑒。

高瓦斯;薄煤層;沿空留巷;Y型通風(fēng)

沿空留巷無煤柱采煤技術(shù)是指隨著采煤工作面回采的推進(jìn)，在采空區(qū)的邊緣通過構(gòu)筑高強(qiáng)度的支撐墻體將回采巷道保留下來，形成沿采空區(qū)邊緣的留巷巷道，作為工作面瓦斯卸壓的空間，并可與采區(qū)的巷道構(gòu)成Y型通風(fēng)系統(tǒng)［1］。

沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)是礦井采掘規(guī)劃與礦井采區(qū)開拓布局的革命。真正實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高煤炭資源的回采率，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的連續(xù)開采，可從根本上解決工作面上隅角瓦斯超限的問題。有利于解決采掘工作接替緊張，適應(yīng)回采工作面快速推進(jìn)的要求;改善目前沿空掘巷的巷道變形量大、支護(hù)困難的局面，有利于工作面安全高效生產(chǎn)，節(jié)約煤炭的回采儲量［2－4］。

1 沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究

1.1 工程概況

華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲礦位于山西呂梁地區(qū)柳林縣境內(nèi)，全礦井絕對瓦斯涌出量 328.77 m3/min，相對瓦斯涌出量66.65 m3/t，屬高瓦斯礦井，經(jīng)煤炭科學(xué)研究總院撫順研究院鑒定為煤與瓦斯突出礦井。

沙曲礦井田北翼2#煤層大部可采，22201工作面作為2#煤層首采工作面，工作面走向長1 493～1 515 m，傾向長150 m，可采范圍內(nèi)煤層厚度平均1.1 m，采用傾斜長壁后退式跟頂割底的綜合機(jī)械化采煤方法，自然跨落法管理頂板。22201采煤工作面瓦斯的相對涌出量為39.50 m3/t，工作面的產(chǎn)量為1 500 t/d時(shí)絕對瓦斯涌出量為41.15 m3/min，煤層爆炸指數(shù)為27%～28%，有爆炸性。因此，為實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高回采率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，從根本上解決上隅角瓦斯超限問題，有必要在22201工作面進(jìn)行沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究。

1.2 沿空留巷Y型通風(fēng)巷道布置

1)22201工作面巷道布置。

22201工作面采用沿空留巷、Y型通風(fēng)方式。工作面回采時(shí)，22201機(jī)軌合一巷和22201輔助運(yùn)輸巷為進(jìn)風(fēng)巷，22202軌道巷為22201綜采工作面總回風(fēng)巷，22201機(jī)軌合一巷在22201工作面回采后通過沿空留巷的方式保留下來，22201工作面巷道布置圖見圖1。

沿空留巷Y型通風(fēng)瓦斯綜合治理措施的工作目標(biāo)：Y型通風(fēng)回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下，消除隅角瓦斯積聚等安全隱患，通過抽采本煤層及被保護(hù)層瓦斯實(shí)現(xiàn)安全開采。

2)沿空留巷工作面平面布置。

22201工作面機(jī)軌合一巷為沿空留巷巷道，錨梁網(wǎng)支護(hù)，在留巷期間采用補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行頂板加固支護(hù);矩形斷面，機(jī)軌合一巷用于進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤及運(yùn)充填料，巷道具體參數(shù)見表1。

圖1 22201工作面巷道布置示意圖

表1 22201機(jī)軌合一巷巷道參數(shù)

留巷斷面為矩形斷面，錨、網(wǎng)、索、W鋼帶等充填墻體聯(lián)合支護(hù)。留巷寬度初定為4.6 m。沿空留巷工作面平面布置見圖2。

圖2 沿空留巷工作面平面布置圖

2 沿空留巷充填系統(tǒng)研究

2.1 沿空留巷充填工藝流程

移架→清理→立模支護(hù)→放置柔模袋→攪拌輸送→充填清洗→拆除支護(hù)［5］。

2.2 沿空留巷充填施工主要設(shè)備

本次充填為中等以下充填量，充填泵充填量應(yīng)大于15～20 m3/h。充填泵廠家為方圓集團(tuán)淮南天祥機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的HBMD－40/10－110S礦用充填泵。其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

2.3 充填管路布置及安設(shè)要求

1)HBMD－40/10－110S煤礦用混凝土泵輸送管路采用無縫鋼管輸送混凝土。

表2 充填泵主要技術(shù)參數(shù)

2)輸送管路可根據(jù)混凝土選擇d125 mm。

3)輸送管路連接方式：快換卡箍連接固定，安裝方便。

4)輸送管路清洗方式：利用高壓水洗，方便干凈。

充填管路固定時(shí)充填泵出口50 m內(nèi)每根管子確保1處;50～200 m之間每2根管子確保1處;200～400 m之間每5根確保1處，固定采用d18 mm，長度1 000 mm底板螺紋鋼錨桿+半圓型鋼帶(厚3～4 mm)，當(dāng)?shù)装宄霈F(xiàn)較大變化時(shí)采用木板、木楔及料石等進(jìn)行襯墊。

充填泵的安放位置應(yīng)控制在距離工作面500 m的范圍之內(nèi)。充填泵安裝的巷道高度應(yīng)大于2.65 m。充填泵要擺放要平整，臨時(shí)的充填材料場必須具有一定的防潮措施。

2.4 充填材料選擇及充填墻體寬度計(jì)算

1)材料選擇和配比。

沿空留巷所需的充填材料由水泥、砂石骨料、粉煤灰、復(fù)合外加劑和水等組成，所需材料來源廣泛，可就地取材，并且利用了煤礦發(fā)電廠產(chǎn)生的粉煤灰，可消除其對環(huán)境的污染。

水泥：P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：電廠二級及以上粉煤灰。

石子：為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的石子，因泵送設(shè)備的要求，最大粒徑≤25 mm;含水率小于5% ～8%，石粉含量小于3%。

外加劑：多功能復(fù)合外加劑具有塑化、調(diào)凝、早強(qiáng)、保水、引氣等功能。

材料配比(重量)：

水泥∶石子∶黃沙∶粉煤灰=(650～700)∶(500～700)∶(500～700)∶(350～450)。

外加劑添加量為總量的1.5% ～5%。

設(shè)計(jì)充填材料強(qiáng)度指標(biāo)見表3。

表3 設(shè)計(jì)充填材料強(qiáng)度指標(biāo)(單軸抗壓值)

2)支護(hù)墻體靜載荷計(jì)算。

沿空留巷支護(hù)墻體的工作阻力靜載荷計(jì)算［6］：

式中：

γ—上覆巖層的平均體積力，t/m3，取2.5;m—煤層的平均厚度，m，取1.1;

k—垮落巖石的碎脹系數(shù) 1.25 ～1.5，取1.25;

B1—巷道煤幫到切頂線的懸頂寬度，為B2與留巷充填體(暫取2.0 m)寬度的1.75倍;

B2—沿空留巷的巷道寬度，m，取4.6。

計(jì)算得出，靜載荷的值約為27.7 t/m2，約為0.3 MPa?？紤]到基本頂來壓時(shí)下位巖層及充填體的動(dòng)載系數(shù)，一般取靜載系數(shù)的 2～6倍，為 0.6～1.8 MPa。而根據(jù)充填體材料的強(qiáng)度試驗(yàn)，其最大承載極限可達(dá)到22 MPa以上，可完全滿足承載要求。

3)充填墻體寬度的確定。

根據(jù)充填材料的強(qiáng)度試驗(yàn)，其最大承載極限可達(dá)到22 MPa以上;工程類比一般充填留巷墻體寬度與采高比(1 ～1.5)∶1，墻體寬度為1 ～1.65 m;考慮到22201工作面基本頂厚度較大，留巷墻體預(yù)計(jì)將受到覆巖活動(dòng)的劇烈影響，本次工作面留巷設(shè)計(jì)充填墻寬2.0 m。

2.5 人工柔模

本工作面初次采用人工柔模方式進(jìn)行支護(hù)，即在機(jī)頭支架每移出一個(gè)步距后，在機(jī)頭支架后方采用單體支柱或木點(diǎn)柱在柔模袋采空側(cè)和留巷側(cè)進(jìn)行支護(hù)，當(dāng)移夠4個(gè)步距后，使用柔模袋外側(cè)鋼筋布置好并掛設(shè)柔模袋;待柔模袋掛好后進(jìn)行充填工作(柔模袋采空側(cè)可采用木點(diǎn)柱支護(hù)，木點(diǎn)柱不進(jìn)行回收)。

2.6 充 填

檢查確定充填泵工作情況正常，充填管路通暢后，再進(jìn)行充填材料的攪拌和輸送;放充填材料時(shí)要均勻連續(xù)，配水要按照水灰比的比例;注意觀察設(shè)備的工作壓力和情況，充填管路堵塞要立即停機(jī)進(jìn)行處理。

充填前，先用水進(jìn)行打壓實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)管路暢通后，再使用膏體混凝土充填材料進(jìn)行打壓充填，充填時(shí)要時(shí)時(shí)觀察充填材料的堆積情況，充填材料要充滿柔模袋。

2.7 沖 洗

在完成充填工作以后，要對充填泵和充填的管路進(jìn)行清洗。

1)充填泵：用清水把充填泵里外都清洗一遍。

2)充填管路：將2個(gè)海綿球放入輸送管路的一端，使用清水對管路進(jìn)行清洗，直到2個(gè)海綿球從管路另一端送出為止。

3)打掃充填泵站環(huán)境衛(wèi)生。

3 總結(jié)

1)針對沙曲礦北翼2#煤層22201工作面的具體地質(zhì)狀況，在22201工作面進(jìn)行了沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究，可實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高回采率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，解決上隅角瓦斯超限問題。

2)通過理論研究，確定了22201工作面的巷道布置方式、支護(hù)方式、留巷方式和Y型通風(fēng)系統(tǒng)。

3)分析研究了沿空留巷的充填系統(tǒng)，包括工藝流程、充填設(shè)備、管路布置、充填材料選擇及充填墻體寬度的確定等。

4)沙曲礦對高瓦斯薄煤層沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)的研究，可為其它類似條件下沿空留巷Y型通風(fēng)的研究提供借鑒。

［1］ 李遠(yuǎn)輝，孫業(yè)堯.Y型通風(fēng)沿空留巷支護(hù)匹配技術(shù)［J］.煤礦安全，2007(2)：18－19.

［2］ 張?jiān)平?，王帥?淺談沿空留巷技術(shù)在鳳凰山煤礦的應(yīng)用［J］.山西焦煤科技，2010(9)：8－11.

［3］ 張開玉，賀命峰.沿空留巷在薄煤層工作面的應(yīng)用［J］.煤礦開采，1999(2)：27－28.

［4］ 鄒集峰，王海山，潘曉峰.綜采工作面沿空留巷［J］.雞西大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，4(1)：64－65.

［5］ 常傳強(qiáng)，趙勝勇，洪金嶺，等.綜采工作面上平巷沿空留巷巷幫充填技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2010，29(1)：91－92.

［6］ 張廣云.鳳凰山礦154307工作面沿空留巷充填體參數(shù)及工藝研究［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，20(36)：164－166.

Study on Y Type Ventilation Technology of Gob－side Entry Retaining with High Gas and Thin Coal Seam

Qian Hong－guang

For achieving without coal pillar mining，improving the recovery rate and realizing a continuous mining，fundamentally solve the upper corner gas overrunning problem，according to the geological condition of high gas and thin coal seam in the north of No.2 coal of Shaqu coal mine，carries out study of the Y type ventilation technology of gob－side entry retaining in the first 22201 working face of No.2 coal seam.Through theoretical analysis，determine the roadway layout of 22201 working face，supporting way and ventilation way，and design the filling system of gob－side entry retaining.Also can provide the reference for the study of Y type ventilation of other similar conditions gob－side entry retaining.

High gas;Thin coal seam;Gob－side entry retaining;Y type ventilation

TD724

A

1672－0652(2012)04－0017－03

2012－02－15

錢虹光(1984—)，男，山西大同人，2008年畢業(yè)于大同大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦一線生產(chǎn)技術(shù)工作(E －mail)z7766610@126.com