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(jìn)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(hù)，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(jìn)質(zhì)量與維護(hù)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(shí)際運(yùn)輸過程中需要在巷位3上進(jìn)行，而整個(gè)煤層位于東西南部-480 m水平上，工作標(biāo)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(jìn)技術(shù)進(jìn)行煤炭采掘，那么就會(huì)在一定程度上增加煤礦動(dòng)壓壓力，這對其的正常開采與掘進(jìn)工作來說造成了很大的影響。采掘相向沿空掘巷動(dòng)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(jìn)工作質(zhì)量與效率。

圖1 煤礦工作面位置

2 巷道動(dòng)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(shí)際回采期間，想做好掘進(jìn)工作，就需在煤礦所處位置布置3上411工作面，并將煤炭運(yùn)輸?shù)娜^程巷迎3上4080通過回采工作面的形式進(jìn)行巷道挖掘，之后再將所得出來的挖掘結(jié)果進(jìn)行深入分析，并制定出一項(xiàng)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(shí)際挖掘過程中所使用的數(shù)值計(jì)算模型為長寬高相乘為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，如250 m×250 m×78 m。煤礦模型可劃分成97 500個(gè)單元，再將這些單元?jiǎng)澐殖?04 040的節(jié)點(diǎn)。在對該模型實(shí)際計(jì)算中，得出模型按平均密度的形式算得整個(gè)模型密度2.5 t/m3、深度300 m。想保證模型的計(jì)算工作順利進(jìn)行，可在模型中上方增加垂直應(yīng)力，并對模型的運(yùn)行全程進(jìn)行限制，使模型在頂部邊界的位置中運(yùn)行，保證其安全、穩(wěn)定地運(yùn)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(shí)，應(yīng)該將整個(gè)開采機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行范圍以及踩空區(qū)控制在外側(cè)，保證其在實(shí)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(jī)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(jìn)行合理分布，將整個(gè)機(jī)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(shí)受到的不良影響。對于挖掘深度在40 m時(shí)，現(xiàn)有的挖掘機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)受到巷道掘進(jìn)的影響，導(dǎo)致機(jī)械波動(dòng)嚴(yán)重，巷道周邊的應(yīng)力也會(huì)逐漸增加，但是未達(dá)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(dòng)全過程控制，并根據(jù)挖掘的深度對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度、狀態(tài)等進(jìn)行合理控制。

3 動(dòng)壓巷道圍巖分段控制

3.1 動(dòng)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(shí)際開采過程中實(shí)體煤炭挖掘段狀況與動(dòng)壓對整個(gè)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(jìn)行作業(yè)之后，再對現(xiàn)有的巷道圍巖進(jìn)行加固支護(hù)，減少其在實(shí)際挖掘期間的不良影響。當(dāng)挖掘設(shè)備延伸到100 m的深度挖掘時(shí)，可以適當(dāng)?shù)販p少挖掘設(shè)備的運(yùn)行速度，并將其通過沿空挖巷的形式進(jìn)行挖掘，從而提升挖掘工作質(zhì)量與效率，減少對支護(hù)造成的不良影響。

3.2 動(dòng)態(tài)分段控制對策

在對一些實(shí)體的煤炭進(jìn)行挖掘時(shí)，如果3上408工作面發(fā)生嚴(yán)重的波動(dòng)現(xiàn)象，那么可以適當(dāng)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(hù)的形式進(jìn)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(shí)際運(yùn)行期間受到了挖掘的擾動(dòng)，那么可對其進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)來為整個(gè)挖掘工作進(jìn)行防護(hù)，保證挖掘工作可順利進(jìn)行下去，提升煤柱與頂板的穩(wěn)定性，增強(qiáng)支護(hù)整體強(qiáng)度。

3.3 注意事項(xiàng)

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(dòng)壓作用，巷道支護(hù)形式要確保頂板和窄煤柱的穩(wěn)定。應(yīng)堅(jiān)持“高阻支護(hù)，動(dòng)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(qiáng)度讓壓錨桿”和“帶肋錨索”相結(jié)合的支護(hù)方式，來減小支護(hù)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(qiáng)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(gè)安全的開采環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。

4 結(jié)語

根據(jù)3上411運(yùn)輸巷迎3上408回采工作面現(xiàn)狀，開展挖掘全過程動(dòng)態(tài)分段控制工作，加強(qiáng)對各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，從而避免實(shí)際開采過程中存在的不足，確保掘進(jìn)安全。