孤岛工作面沿空掘巷控制技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 孤岛工作面沿空掘巷控制技术 摘要：针对潘二矿 18227 孤岛工 作面进行支护设计，分析其巷道维护的 特点和难点。总结了留小煤柱沿空掘巷 确定煤柱宽度的原则：能够实施安设锚 杆的原则，相对有利的应力环境的原则， 保证锚杆具有良好锚固性能的原则，预 留巷道围岩变形的原则，有利于小煤柱 自身稳定的原则，采出率高的原则；分 析了不同掘巷位置的优缺点，最终确定 开巷位置和煤柱宽度，并针对其巷道维 护特点进行支护参数设计，取得了良好 的效果。 中国论文网 /4/view-12877278.htm 关键词：孤岛工作面 沿空掘巷 组合支护 高预应力 桁架锚索 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1 概述 潘二矿 18227 工作面位于井田西 四采区，走向长 1512m，倾斜长 180m。工作面东起井田西四采区上山， 西以 F252 断层煤柱为界。7-1 煤层老顶 上赋存有含水的砂岩，特别是本工作面 局部位于天窗区下方，顶板砂岩富水性 强，可能会顺裂隙带导入顶板岩层或巷 道。 该工作面为孤岛工作面，工作面 上、下相邻阶段均为采空区：上邻阶段 为 2010 年 3 月收作的 18127 工作面， 下邻阶段为 2011 年 2 月收作的 18327 工作面。另外，该工作面顶板上覆 2009 年 3 月收作的 8 煤层 18228 工作面采空 区。7 煤层与 8 煤层间距 15m 左右，最 近距离仅 10m。 本工作面与上分阶段 7 煤层 18127 采空区煤柱宽度 9.5m，18127 采 空区内的积水可能会渗透到煤柱中。 2 施工巷道特点 2.1 孤岛面上、下顺槽经受双重 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 支承压力的作用与破坏 孤岛面上、下顺槽均沿采空区边 缘掘进。巷道所处位置处的煤体在掘进 前已受到相邻阶段采空区边缘固定侧向 支承压力的作用，煤体已经发生破坏或 较大变形。巷道掘进后，采场边缘侧向 固定支承压力重新分布，巷道两侧煤体 中产生新的应力集中与分布。而在本工 作面回采时，在原来支承压力的作用下， 两巷及其巷帮煤体都将受到新的工作面 超前支承压力的作用与影响，巷道的变 形和破坏将会更加严重。由于是两侧沿 空，任何一侧巷道的严重变形或破坏将 危及工作面的生产、通风与安全。相比 于单侧沿空掘巷的工作面，孤岛面沿空 巷道支护的稳定性及安全性要求更高。 2.2 相邻工作面及上覆 8 槽采动 支承压力影响 18227 上顺槽将受到的采动支承 压力影响有：在距巷道拔门处 18m 左右 处，巷道将受到上阶段 18127 工作面收 作线固定支承压力的影响；在距巷道拔 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 门处 340m 至 400m 处将受到上覆 8 煤 层遣留未采区支承压力的影响，并且其 前后影响范围大于 60m；在距巷道拔门 处 870m 处将受到上覆 8 煤层 18128 工 作面开切眼固定支承压力的影响；在距 巷道拔门处 1050m 处将受到上阶段 7 煤 层 18127 工作面开切眼固定支承压力的 影响。 3 小煤柱沿空掘巷的控制 3.1 确定合理煤柱宽度原则 能够实施安设锚杆的原则。小 煤柱采用锚杆支护时，煤柱的宽度至少 应大于锚杆的长度，使锚杆能锚固在煤 柱中。现有条件下，锚杆的长度多在 2.0m 左右，考虑到保留一定的宽度富裕 系数，故要求小煤柱的宽度应不小于 5.0m。 保证锚杆具有良好锚固性能的 原则。如果煤柱均为破碎区，其承载能 力和稳定性较差，而且锚杆在破碎煤体 中的锚固力很小，锚杆支护作用降低， 巷道维护困难，因此，应将锚杆锚固工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 作面回采产生的破碎区外的稳定煤体中。 预留巷道围岩变形的原则。沿 空掘巷合理的小煤柱宽度不但要能保证 巷道围岩的稳定性，而且在现有的支护 条件下，围岩的变形量应能满足生产过 程中对断面的使用要求。 3.2 沿空煤柱留设 工作面回采过程中，煤体由弹性 状态变为塑性状态，产生较大变形，随 着采动的影响及时间延长，上覆岩层断 裂，并逐渐反转下沉，当上覆岩层与邻 近采空区矸石接触并压实后，煤体变形 基本稳定，上覆岩层结构业已基本形成， 在煤体上方应力分布与底板应力分布组 成了“压力拱 ”模型。压力拱前后拱脚压 力大小并不是相等的，而是一个不对称 “压力拱”。按应力值的相对大小可以分 为三个区，即应力增高区、应力降低区 和原岩应力区。 在应力降低区中沿空掘巷分为无 煤柱掘巷和小煤柱掘巷两种。无煤柱掘 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 巷虽然能充分开采煤炭资源，但存在巷 道通风、上区段采场采空区残煤自燃、 老塘积水等不利因素。因此，最佳煤柱 尺寸应是在煤柱煤体不出现宏观裂隙、 不会向采空区漏风、诱发自燃、有一定 的承载能力的、能满足巷道维护要求的 最小的煤柱尺寸。煤柱的留设主要取决 于自身的可加固性和承载能力。 通过以上分析初步确定小煤柱宽 度为 610m，在此范围内进一步分析则 较复杂，必须综合考虑煤体硬度、采空 侧顶板的破碎程度和悬顶状况、对煤柱 整体性的要求、变形的特征、对巷道变 形量的控制程度等因素进一步分析。为 了保证其自身稳定，而且巷道围岩变形 量较小，有利于巷道稳定，工作面轨道 巷的煤柱宽度初步定为 9.0m。 4 支护设计 4.1 巷道布置层位与巷道断面 巷道跟煤层顶板掘进。18227 工 作面顺槽设计断面形状为矩形，巷道宽 5m，高 3m，断面积 15m2。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 4.2 顶板支护 巷道顶板采用两种支护单元进行 支护：第 1 支护单元由锚杆和 W 钢带 组成，钢带长度 4.9m。钢带沿巷道顶板 横向布置，每根钢带上安装 6 根锚杆， 间、排距分别为 800900mm 和 800mm。除肩窝位置两根锚杆按与铅垂 面 15角锚入外，其余锚杆均穿过钢带 孔垂直顶板锚入。顶板支护 W 型钢带 规格：49002805mm，锚杆采用 222500mm 左旋螺纹钢等强锚杆，锚 杆垫板采用面积不小于 200200mm、 厚度不小于 16mm 的矩形钢垫板。采用 网孔不大于 40mm 的 8#金属网背护， 金属网紧贴顶板铺设，纵向搭接，搭接 长度 100150mm。搭接处用 14#铁丝扎 结，且用 W 钢带压茬。锚杆孔径 30mm，孔深 2400mm，每孔内安装 2 支 Z2355 树脂药卷。 第 2 支护单元由 2000mm 长 18 号槽钢梁和锚索组合而成。组合锚索沿 巷道纵向布置，共布置 3 排。靠近巷帮 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 的组合锚索距巷帮 1300mm，间、排距 分别为 1200mm、800mm。钢绞线穿过 槽钢梁上的锚索孔垂直锚入顶板，并压 在顶板 W 型钢带的下面。顶板支护锚 索规格：228500mm，锚索托板规格： 20014020mm。锚索孔径 30mm，孔 深 8200mm，每个孔内安装 4 支 Z2355 树脂药卷。 4.3 巷帮支护 沿空侧巷帮采用锚杆+W 型钢带 和组合锚索进行支护。钢带沿巷道竖向 布置，每根钢带布置 4 根锚杆。巷帮上、 下部锚杆分别按与水平面成 15仰、俯 角锚入巷帮顶底板，另外 2 根锚杆穿过 钢带上的安装孔垂直巷帮煤体安装。巷 帮钢带规格：27002805mm，锚杆采 用 203000mm 左旋螺纹钢等强锚杆， 锚杆垫板采用与顶板锚杆支护相同的垫 板。采用网孔直径不大于 40mm 的 8# 金属网紧贴顶板铺设，竖向铺设，横向 搭接，搭接长度 100mm。搭接处用 14# 铁丝扎结，且用 W 钢带压茬。锚杆孔 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 径 30mm，孔深 2900mm，每孔内安装 2 支 Z2355 树脂药卷。 另在沿空侧巷帮距底板 800mm、1600mm 高处沿走向各布置一 排巷帮组合锚索。每副巷帮组合锚索由 W 钢带与 4 根锚索构成；其钢带与巷帮 锚杆支护用钢带相同；组合锚索压在锚 杆支架的外面，并相互压茬。巷帮锚索 规格：185100mm，锚索垫板规格： 20020020mm。锚索孔径 30mm，孔 深 4800mm，每孔内安装 3 支 Z2355 树 脂药卷。锚索孔按 5仰角钻进布置。 工作面侧巷帮采用锚杆+W 型钢 带支护。钢带沿巷道竖向布置，每根钢 带上布置 4 根锚杆。全部锚杆穿过钢带 上的安装孔垂直巷帮