《安全技术》之卸压法留巷的探索

卸压法留巷的探索 1 概述 沿空留巷技术的采用，对于缓解采煤工作面的接续，降低巷道的掘进率，提高煤炭回收率及控制煤炭自然发火有着较好的技术、经济、安全和社会效益。传统的码矸石带留巷方式，历史上曾广为采用。但随着开采机械化程度的不断提高，其码矸石带沿空留巷的缺点显得越加不适应：由于码矸石带宽度大（45m），工人劳动强度大，影响采煤循环进度，单产难以提高；码矸石带往往需到采空区取料，作业环境危险；矸石带增加顶板的悬臂梁长度，所留巷道压力较大，巷道维修量大；石套可缩量大，达到2540，不能及时有效的支护顶板，留巷中高很难保证；矸石带留巷需重新拉底或挑顶，多次修复巷道，留巷费用高；接续工程难于安排，本层接本层采面布局更为突出。 针对码矸石带留巷方式的不足之处，杏花煤矿积极组织有关人员集思广义寻找新的切合实际的留巷方式，并提出取消矸石带，采用人工挑顶卸压，密集支柱护巷新方法，简称卸压法留巷。 2 卸压法留巷的理论依据 根据采煤工作面顶板垮落后即由双支梁变成悬臂梁，通过缩短悬臂梁长度，来降低直接顶对巷道基本支护的压力，维护巷道的有效支护状态。 3 压力计算及支护参数的选择 3.1 挑顶卸压直接顶压力计算与支护安全系数校核 （1）压力计算。Q挑1) h=16。32t/m 式中S巷道顶板宽度2.6m； h直接顶厚2.04m; S1直接顶镶入煤体的距离0.6m； 顶板岩石容重2.5t/m3。 （2）安全系数校核。每架木棚打一加强木柱的支撑力为：P=30t/架，基本支护钢梁木腿棚的间距为L则： L=P/nQ挑 =0.92m 式中 P钢梁木腿棚承受的载荷30t/架； n安全系数取2； 选择木棚间距为0.8m； 实际安全系数： nP/Q挑 L2.3 式中 L实际钢梁木腿棚间距0.8m 3.2 码矸石带直接顶压力计算 直接顶沿巷道方向每米的压力为： Q码=( S+S1+ S2)h38.76t/m 式中 S巷道顶板宽度3.0m; S1直接顶板镶嵌入煤体的距离0.6m; S2矸石带宽度4m； 按棚距0.8m计算，则每架棚距所承受的压力为： P= Q码0.831t/架 每架棚所承受的压力已超过棚子的最大承载力。 显然，这种留巷方式虽有矸石带分担压力，但矸石带的可缩性较大，棚子的可塑量比矸石带小，直接顶板的压力首先作用在棚子上，待棚子压垮后才逐渐作用于矸石带上，使木棚难以支护顶板。 3.3 在裂缝带岩层运动影响下，加强支护参数的选择计算 在周期来压期间，根据矿山压力及其控制论述可知，老顶压力一般为直接顶的2倍。周期来压期间挑顶卸压留巷加强支护参数选择计算： （1）顶板沿巷道方向每米压力： Q=3Q挑=49t/m 每架棚所需加强支护的阻力： R=QL=39t/架 （2）选择加强支护为DZ25-25/100,每架棚3根则阻力为： R3R1+R2=105t/架 式中 R1单体液主支柱额定工作阻力25t/架； R2每架钢梁木腿棚的阻力30t/架； （3）安全系数：nR/R105/392.7 4 留巷方法 （1）取消矸石带护巷，超前工作面放顶线15m范围内打挑顶眼，并吸取杏花矿开采23#顶板最小抵抗线的实践经验，挑顶眼的眼距选择0.8m，眼深1.8m。根据所留巷道净宽的要求，尽可能减少悬臂梁长度。挑顶眼距硬帮为2.6m。 （2）下巷除保留原有20m双排超前支护外，在滞后工作面刮板输送机0.65m距离架钢梁木腿棚，棚距为0.8m。在木棚的软帮用板梁封帮，板梁间距为0.2m，起到接矸作用，巷道随着架棚清到硬底。 （3）强制放顶在放顶线处装药放炮，每眼装药量为0.75kg。 （4）留巷加强支护与基本支护同步进行。加强支护滞后工作面5060m。每两架棚间靠软帮棚头处打两棵单体液压支柱，在钢梁中心打一单体液压支柱，同时在棚子的软帮亲口处打一加强木柱。滞后工作面5060m以外的单体液压支柱要翻下前运再支护进行循环。 5 沿空留巷矿压观测 挑顶卸压留巷矿压观测是在杏花煤矿西采区右石门135采煤工作面下巷（23#左一巷）进行，观测长度为142m。历经1个月零12d。在观测期间，8次周期来压，平均每天推进3.3m。观测期间回采煤量为49 416t，平均每天回采的煤量为1 149t。 5.1矿压观测段支架状况 矿压观测段巷道支架不完好的木棚14架，不完好率8。硬帮棚腿在142m范围内，木棚腿全部完好。软帮棚腿折损12根，折损率6.7。其中钢梁压裂、压劈6根，压劈率为3.4。钢梁被压折3根，折损率为1.6。 5.2 观测结果分析 根据现场观测资料，通过微机处理后分析，以顶板移近量，移近速度及压力显现作为划分影响区的标志，可将留巷期间的顶底板移近和压力显现的不同幅度划分为三个区： （1）A顶板活动剧烈区（距工作面放顶线030m）。顶底板平均移近量为141.4mm，占总移近量的60。 （2）B顶板活动影响减弱区（距工作面放顶线3060m），顶底板移近量为55.8mm，占总移近量的23.9。 （3）C顶板活动稳定区（距工作面放顶线60m）顶底板平均移近量36.6mm,占总移近量的15.6。 采用强制放顶卸压及巷道单体液压支柱强有力的补强作用，通过矿压观测及实践证明，工作面周期来压对留巷的基本支护并没有显著影响。滞后工作面放顶线5060m架撤单体液压支柱时，顶板下沉量及顶板压力虽有所增加，但巷道的基本支护能有效地支护顶板，保证直接顶的稳定性。 6 施工中遇到的问题及改进措施 （1）留巷架棚初期的钢梁，由于采用U型钢梁及工字钢、钢梁宽度只有95125mm。在动压区内由于木棚腿受力不均，而有个别棚腿被压劈。发现问题后，对钢梁重新加工，在钢梁两端亲口处各加焊一个250mm250mm带边的铁托板，防止了钢梁的滚动，使木棚亲口处受力均匀。使用后效果明显，没有发生棚腿被压劈现象。 （2）在留巷期间，软帮棚腿部分折损，原因是棚腿承受直接顶的大部分压力及采空区冒落岩石的侧向冲击压力。并且软帮棚腿使用杨木损坏较多。发现问题后，软帮棚腿由1820cm增加到25cm左右的硬杂木，使木棚的完好率由原来的8下降至3。 7 经济效益及推广前景 （1）直接经济效益。卸压留巷与码矸石带留巷在经济上相比。工作面推进度比码矸石带提高2.3倍；效率提高2.4倍；单位成本下降34；每米巷道减少费用276元/m。已施工巷道1 058m，可节约资金29.2万元。 （2）推广前景。该巷从所实现的1 058m巷道的外观效果看，巷道状况良好，结构简单。可以满足回风、行人、运料等要求。并为工作面高产高效创造了良好的条件，具有良好的推广前景。 8 ，几点体会 （1）通过挑顶卸压取消矸石带是否成功，客观上取决于围岩的性质，主观上取决于采用巷道支护是否与实际顶板状况相适应，不能一概而论。 （2）人工挑顶应将老楠的岩层挑开，因而挑顶眼的眼深应根据不同的顶板条件进行适当的调