山东省新汶矿业集团翟镇煤矿,山东 新泰 271204
摘 要:为提高煤炭回收率、降低开采成本。以“110工法”沿空留巷技术为基础,探索升级“新型留巷技术”,旨在将采掘有机统一,变被动“支”为主动“切”与“支”,变传统“一面双巷”为“一面单巷”,取消区段煤柱,实现无煤柱开采,使矿山压力变害为利。我矿针对薄煤层及中厚煤层特性,通过“支护、切顶、封堵”等措施,确保留巷顶板拉的住、预裂爆破切的开、采空区封的严护的住,实现巷道重复利用。
关键词:“110工法”、“一面双巷”、“一面单巷”、巷道重复利用
0引 言
1 工作原理
通过在沿空留巷工作开展,不断总结摸索经验,根据顶板岩性及矿压位移变化优化了护、切、挡、封等关键施工工艺,分别在薄煤层及中厚煤层开展沿空留巷施工工艺,确保巷道成型质量。
1.顶板支护拉得住:目前沿空留巷采用全锚索+注浆锚索+锚索桁架支护顶板。通过优化支护参数,提高顶板的整体强度,达到留巷不变形,巷道二次使用后满足新型超前支护需求。
2.预裂爆破切得开:巷道按照聚能管超前预裂爆方式,达到切顶一条线,切断顶板传递压力减少留巷顶板强度。
3.采空区冒落下得:来巷道切顶后,确保采空区充分冒落,杜绝悬顶的存在。巷旁加强支护挡矸,防止喷矸。
4.护帮挡杆支护强:巷道切顶后采空区冒落充实后,与采空区进行有效隔离。对巷旁加强支护,确保巷道成型完整。
5.巷旁封堵封得严:巷道留巷后对采空区进行封堵,杜绝有害气体的外漏、巷道漏风。
2施工技术方案
1.支:顶板支护拉得住。目前根据顶板岩性在沿空留巷采用全锚索+注浆锚索+锚索桁架支护顶板。补强锚索超前打设30米,注浆锚索超前80米打设,50米注浆。利用十字测点、顶板离层仪、帮部钻孔应力监测、锚杆(锚索)应力监测等检测手段观测沿空留巷及超前支护顶板变化,每周进行分析。通过优化支护参数,提高顶板的整体强度,达到留巷不变形,巷道二次使用后满足新型超前支护需求。
2.切:超前切顶切的开。巷道按照聚能管超前预裂爆方式,达到切顶一条线,切断顶板传递压力减少留巷顶板强度,为确保留巷侧老塘顶板充分冒落,采用超前预裂爆破施工,经多次实验,10m眼深断顶效果明显。
2.1切:超前切顶切的开。11503W工作面试验囊袋式封堵,均未冲孔,封孔效果较好,爆破在切顶孔内100%释放。装药时间:平均每孔装药8-9分钟,5个孔约40-45分钟。(5个孔一组起爆)
封堵时间:囊袋式封堵:平均每孔注浆2-3分钟。5个孔注浆约70-75分钟。(等待凝固时间60分钟,后期试验持续缩短凝固时间)。通过后期优化封堵时间确定为30分钟,相比原计划时间提升50%。
3.护:护帮挡杆支护强。巷道切顶后采空区冒落充实后,与采空区进行有效隔离。对巷旁加强支护,确保巷道成型完整。对中厚煤层两排单体支护+“井”型木垛进行优化,通过对6403W1矿压观测数据分析,巷道位移变化基本稳定,木垛受压变形较小,随工作面推进,取消“井”字形木垛支护,原木垛支护暂不回撤。
通过6403W1工作面矿压分析,沿空留巷内距离工作面22-30m移近速度在3-4mm/d左右,随工作面推进60-100m范围内移近速度逐步稳定在1-2mm/d左右。沿空留巷100m后顶底板位移量趋于稳定,从距离工作面100m后通过扩大单体支护间距回撤单体,在减小巷中单体密集支护期间,“十字测点”间距修改为10米,每天观测沿空留巷矿压数据变化。目前观测暂无变化。切顶单体里侧打设一排接顶钢棚,间距0.6米,柱窝0.2-0.3米,倾角10-15°,单体迎山打设,与钢棚成三角支设,稳固钢棚护矸及顶板压力。
4施工亮点
1.履带式钻车代替普通锚杆机。采用履带式钻车代替普通锚杆机打设切顶眼。通过对两种打眼机具效率对比分析,履带式钻机每打设一个6m的炮眼,比锚杆钻机节约20分钟,打眼效率提高近30%,按每班6小时计算,可多打设2个炮眼。并且采用履带式钻机打眼时可减少施工人员1人。
2.囊袋式封堵的使用。通过与安徽科技大学合作,针对切顶眼封堵时间长、封堵效果差的问题继续了改进。(1)传统的炮泥封堵:平均每孔封堵15-20分钟。5个孔约75-100分钟。(2)堵漏王封堵:平均每孔封堵20-25分钟。5个孔约100-125分钟。(3)囊袋式封堵:平均每孔注浆2-3分钟,等待凝固时间1小时,5个孔注浆约70-75分钟。根据所用时间及效果对比:囊袋封堵>堵漏王>炮泥。囊袋式封堵在凝固时间1小时情况下仍比堵漏王与炮泥时间短。后期我们将持续研究,缩短囊袋封堵凝固时间,并推广使用。
3.优化装药结构及装药数量。通过囊袋式封堵实验成功,切顶爆破在孔内100%释放。在切顶效果不变的情况下,我们根据不同煤层,不同岩性合理优化了装药数量。后组十五层由原来6支雷管优化为5支,四层6403W1
工作面由原来12支改为9支。减少了雷管的投入,提高了爆破效率。
4.顶板支护的优化。吸取薄煤层沿空留巷的成功经验,我们在四层中厚煤层进行沿空留巷施工,持续优化了顶板支护参数。(1)逐步取消了中厚煤层木垛的加强支护。(2)通过扩大第二排单体支护间距,减少单体支护的投入。(3)巷道补强锚索与切顶眼的间距优化为1.2-1.5m之间,当切顶孔距巷道顶板锚索支护间距小于20cm时,切顶孔按采用80-85°打设,杜绝了切顶爆破对顶板支护的破坏。提高了沿空留巷支护效率。
5.顶板在线监测的应用。通过“十字测点、数显式顶板离层仪、帮部钻孔应力监测、锚杆(锚索)应力监测、普通顶板离层仪监测”等监测手段,全面监测轨道巷应力变化情况,监测数据实时传输至井上电脑终端,用于系统分析应力变化情况,便于矿压数据的分析对比,及时有效控制现场顶板。应用了辅助监测等手段,可以有效监测、分析巷道应力变化,数据采用“人工统计”与“数显上传”等两种方式进行,使数据监测更具有有效性、真实性、实时性。通过数据的变化分析,对顶板做到了动态管控。
5经济与社会效益
1.安全性:减少人员投入。(1)通过实施新型超前支护,同比传统超前支护,单班单面减少采煤人员4人,全矿单班减少12人,年减少人工费用115.2万元。(2)新型沿空留巷取消区段煤柱,切断顶板压力传递,减少应力集中,实现安全开采。同时增加了回采顺槽有效空间,提升了安全生产标准化水平。
2.技术性:实现单翼采区工作面无缝接续,缓解生产接续紧张局面;不断优化施工方案,减少劳动强度和劳动时间。单个工作面减少掘进顺槽1条,降低了万吨掘进率,根据测算情况,通过实施“110工法”沿空留巷,同比新掘巷道减少投入64万元。
3.经济性:提高煤炭资源回收率。通过实施“110工法”沿空留巷,由留设区段煤柱优化为无煤柱开采,煤炭回收率提高至98%。后组煤平均每米利润约0.9万元,前组煤平均每米利润1.3万元,累计沿空留巷实现利润1450万元。