朱家店煤矿近距离煤层沿空留巷开采技术研究

2021-08-02刘泽兵

当代化工研究 2021年14期

＊刘泽兵

（山西离柳焦煤集团山西 033000）

煤炭资源作为我国能源主体，绿色持续开采更符合当今形式，沿空留巷技术开采过程中很好的节约了资源。针对该技术大量学者做了深入研究，对沿空留巷布置过程中覆岩变化规律、巷道变形情况、巷道支护方式等多个方面做了深入研究。蔡明华以凉水井煤矿为研究背景，综合运用理论计算，数值模拟和现场试验的方法，对薄煤层坚硬顶板地质条件下沿空留巷技术进行了研究，确定了该类地质条件下工作面回采时相关设备选型配套。谢小平等运用理论分析与现场测试等方法，基于切顶卸压爆破技术原理，对倾斜薄煤层沿空留巷围岩控制的问题，提出了采用切顶卸压爆破沿空留巷技术，确定了相关参数。刘国庆等以凉水井煤矿431301工作面为工程背景，分析了沿空留巷切顶卸压机制和D型聚能管切缝机理，对沿空留巷切顶卸压技术进行研究，最终确定了合理的爆破参数。金声尧等为了研究上保护层采空条件下“三软”煤层综合机械化放顶煤开采沿空留巷围岩变形特征，运用FLAC3D软件对该复杂条件下沿空留巷围岩应力分布情况进行模拟，并采用理论分析的方法阐述了沿空留巷围岩变形3个阶段内应力的变化规律。

通过现有文献研究分析，笔者在已有研究基础上针对朱家店煤矿4号近距离煤层沿空留巷布置技术进行研究，确定了该煤层回采过程中沿空留巷布置方式。

1.工程概况

朱家店煤矿位于山西省吕梁市中阳县金罗镇，生产规模为120万t/a，井田南北走向长约4.5km，东西倾斜宽约3.1～4.6km。其中4号煤层为薄煤层，倾角为2～7°。

0403-Ⅰ工作面为0406工作面的接续工作面，0403-Ⅰ工作面设计推进长度为400m，工作面长度为100m。0403-Ⅰ轨道顺槽设计断面形状为矩形，净宽5m，净高2.5m，净断面积12.5m2。0403-Ⅰ工作面布置图如图1所示。

图1 0403-Ⅰ工作面布置图

2.工作面顶板岩性窥视分析

根据现场工程地质条件，在试验工作面留巷段巷道即0403-Ⅰ轨道顺槽布置了2个原位测点，测点1距回风巷100m，测点2和测点1相距200m，开孔位置位于巷道顶板中间位置，垂直顶板施工钻孔。

利用矿用本安型钻孔成像仪于2021年1月21日分别对两个钻孔进行窥视成像利用成像仪分析评价软件对探测结果进行分析处理。测试点1探测深度为13.374m，测试点2探测深度为14.316m。从输出图像可以看出，两个钻孔成像效果较好。工作面煤层平均厚度1.35m，平均采高1.4m。0403-Ⅰ工作面顶底板岩性描述如表1所示。

表1 煤层顶底板情况

3.切顶卸压沿空留巷设计方案

(1)顶板定向预裂爆破技术方案

0403-Ⅰ工作面轨道顺槽切缝孔距巷道中线1.95m，切缝面与铅垂线夹角为15°，切缝孔间距初步设计为500mm，切顶钻孔长度设计为7m，具体距离根据爆破实验确定，切顶钻孔参数如表2。切顶钻孔布置图如图2。

表2 切顶钻孔参数表

图2 切缝钻孔布置及加强支护图

切顶钻孔爆破过程中，对聚能管的选取至关重要，本次朱家店煤矿聚能管选取双向聚能管。该特制聚能管壁厚5.5mm，其外径为选取厚度为φ42mm。聚能管长度为1500mm，符合设计需要。爆破过程中，经过选取对比最终选择直径Φ32×300mm×300g/卷三级煤矿乳化炸药，孔口采用炮泥封孔。

聚能管安装于爆破孔内，每孔4根聚能管，单根1.5m，3根1.5m，1根1m。首先采用4+4+4+3的装药方式，每根聚能管安设1发雷管，每根聚能管之间利用炮泥间隔，每孔4发雷管，装药方式根据现场试验情况具体调整，爆破孔口采用专业设备生产的炮泥（机制炮泥）封孔，封孔长度1.5m。采用正向装药爆破方式，单孔串联，孔与孔之间并联，即“串并联方式”起爆。

(2)恒阻大变形锚索支护设计

恒阻大变形锚索的选取对顶板管理支护起到决定性作用，很大程度上影响顶板支护效果，所以本次最终选择直径为φ21.8mm；恒阻器长度为500mm，直径φ64mm，恒阻值为290～480kN，预紧力不小于20t（200kN），恒阻器见图3所示。锚索托盘规格300mm×300mm×16mm，中间扩孔直径70mm±1mm，如图4所示。

图3 恒阻器示意图

图4 恒阻锚索托盘规格（单位：mm）

(3)采空区防漏设计

留巷侧巷旁采用可缩性U型钢支架支护。待工作面推过后，及时在工作面支架爆破切缝侧进行挡矸支护，在靠近采空区侧，先铺设两层钢筋网，风筒布布置在钢筋网夹层内，后架设U型钢。风筒布尺寸为3200mm×2000mm，上下各超出300mm，超出部分分别固定到顶底板，并进行有效封闭，风筒布搭缝处宽度300mm，固定后亦进行封闭处理。