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工程类

采煤工作面沿空留巷施工工艺分析

点击: 9    发布时间: 2021-04-07 19:55

引言

焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司赵固一矿(以下简称“赵固一矿”)井田位于焦作煤田东部,太行山南麓,隶属辉县市管辖。其地理坐标为东经113°33'00″~113°43'39″,北纬35°23'09″~35°28'00″。东西长约15km,南北宽2.0~5.5km;面积为81.5808km2,开采标高为-330~-780m。2009年5月正式投产,设计井型240万t/年,2015年核定生产能力300万t/年。矿井总资源储量3.73亿t,可采储量1.65亿t。矿井采用立井单水平盘区式开拓,设计4个立井,分别为主井、副井中央风井和西风井,井口位置均位于井田中深部;井口标高+83.8m,车场水平标高-525m。矿井主采二叠系山西组二1煤层,煤层倾角2°~6°,煤层平均厚度5.29m,煤层无自燃倾向,无煤尘爆炸危险,属瓦斯矿井,水文地质类型为极复杂型。

1工程概述

赵固一矿16031工作面属于矿井的-525m水平,位于矿井北翼,所属盘区为西六盘区,东为16041工作面,南为16031工作面联络巷、北翼三条大巷和F16断层,西为16021工作面和F25断层尖灭端,北DF80和F15断层。工作面开采煤层为二1煤层,厚度为5.7~6.5m,平均为6.22m,煤层平均倾角为4°。工作面沿倾向布置,倾向长度为1071m(至停采线),走向长度为110.8m,面积为118666.8m2,可采储量(3.2m)为51.56万t,服务年限为5.1个月。16031上顺槽为沿空留巷,回采侧采用“金属菱形网(柔性网)+钢丝绳+U钢柱”方式防护,顶板采用单体柱辅助支护。

2沿空留巷施工工艺

1)在上顺槽超前工作面实施深孔预裂爆破,具体如下:①爆破孔位置:在16031工作面上顺槽顶板回采侧布置一列爆破孔,孔口位置距中线2.1m。②爆破孔参数:孔径50mm,孔深为10.5m,孔口间距600mm,允许偏差±100mm,爆破孔与巷道中线垂直,向西偏5°,偏差0°~3°。③钻孔机具:MYBZ15A型液压钻机或MQT-130/3.2型锚杆钻机。④装药方式:使用2m长聚能管辅助进行装药,聚能管管壁聚能孔方向与巷道中线方向平行。⑤装药结构:每孔4节聚能管,从上向下每节聚能管装药量分别为5-3-2-1。⑥封孔:封孔长度3.5m,使用三段水炮泥,水炮泥外剩余的炮眼部分用黏土炮泥封实。⑦每循环爆破眼数不大于15个。2)在工作面超前段顶板平行巷道中线方向补打2排U钢梁锚索加强支护。东偏巷道中线400mm打设一排单体柱作为信号柱,单体柱间距1800mm,初撑力不小于11.5MPa,单体柱直接点在顶板槽钢梁上。3)巷帮挡矸防护:挡矸支护在工作面1#架后侧施工,沿空留巷巷帮挡矸防护采用“金属菱形网(柔性网)+钢丝绳+U钢柱”的方式,具体设计如下:①金属菱形网在工作面1#~7#架前上网,金属菱形网顶部向巷道内外露200mm与巷道内原顶板支护网片相连,搭接长度不低于200mm。架前相邻网片搭接长度不小于200mm,并用双股铁丝将两层网搭接处连接在一起,其扎结点呈三花形布置,间距不超过200mm。使用柔性网上网时,柔性网长10m,宽5.2m,柔性网长边垂直巷道中线方向铺设,短边平行巷道中线方向铺设,搭接长度不低于200mm。②上第一趟网时,将双层金属菱形网直接与顶板原支护网片、钢筋梯等进行捆扎,金属网搭接长度不小于200mm,用铁丝将两层网搭接处连接在一起,其扎结点呈三花形布置,间距不超过200mm。③在工作面1#~7#架前每隔600mm上1根钢丝绳,钢丝绳一端固定在菱形网(柔性网)上,另一端固定在巷道顶板走向U钢梁上,绳头使用锁具进行固定。④平行巷道中线方向在工作面铺设7道钢丝绳,第一排距回采侧煤墙300mm,排距500mm,共铺设6道,钢丝绳十字交叉处用绳卡进行固定。在工作面7#支架处平行巷道中线方向固定第7道钢丝绳。续接钢丝绳时,钢丝绳搭接长度不得小于500mm,使用不少于2个绳卡进行固定。⑤沿空留巷内,东偏巷道中线400mm打设1排单体柱,柱距1800±100mm,允许偏差±100mm,单体柱打设在顶板槽钢梁上,初撑力不小于11.5MPa,迎山有力,直线度偏差不超过±50mm,单体柱下垫铁鞋。4)金属菱形网(柔性网)施工步骤:①将卡箍及手动绞盘安装在工作面1#~7#液压支架的前立柱上,定滑轮安装固定在液压支架的起重环上,保证定滑轮的方向与手动绞盘方向一致,每个手动绞盘上缠绕6mm钢丝绳不少于10m,一头在绞盘上固定牢固。②将每个绞盘上面安装好的钢丝绳的自由端绕过顶梁上面固定的滑轮,然后再从菱形网(柔性网)底部穿过,将绞盘钢丝绳自由端与菱形网(柔性网)连接,使用护帮板配合绞盘逐步将菱形网上至支架顶梁上。5)挡矸柱打设方式:①挡矸柱选用2段长度分别为2600mm和1900mm的U36型钢进行挡矸,采用三副卡缆进行搭接,搭接长度不低于500mm。上部的U型钢在内,下部的U型钢在外,插入底板深度不低于300mm;挡矸柱距巷道中线不小于1500mm,间距600mm,与顶板呈5°~10°打设(柱根扎向采空区)。②挡矸柱必须接顶接底,安装时先使用手拉葫芦将挡矸柱上端吊至安装位置,初步拧紧卡缆螺丝防止挡矸柱歪斜,拧紧卡缆螺丝,卡缆螺丝扭矩100N•m,不得超过150N•m。③在挡矸柱卡缆连接部位分别增加一组连接板,将相邻的U型钢连接起来,使挡矸柱形成一个整体。④巷道变形无法使用顶板U钢梁固定U钢柱时,需在巷道顶板掏柱窝,插入顶板深度不低于200mm。⑤在挡矸柱里侧铺设单层金属焊网,焊网里侧褙风筒布或阻燃布,顶部向巷道内外露200mm与巷道内原顶板支护网片相连,底部接底,钢筋焊网搭接不少于3格。使用16#镀锌铁丝将金属网固定在挡矸柱上,绑扎点间距不大于500mm,铅丝必须旋拧不得少于3圈,拧紧拧牢。

3沿空留巷维护要求

1)及时对巷道进行落底,保证巷道高度不低于2.0m。2)顶板及帮部出现失效锚索时,及时安排人员补打锚索及时支护。顶板及帮部网片出现开裂及时补联,防止掉矸伤人。3)沿空留巷内出现歪斜柱、脱根柱以及死柱时,及时改柱。

4锚索质量要求

1)锚索预紧力:21.6mm×10300mm、21.6mm×6300mm锚索不小于200kN。2)锚索允许偏差项目:孔距:±100mm。孔深:0~+200mm。外露长度:150~250mm。角度:±3°。3)每根21.6mm×10300mm、每根21.6mm×6300mm锚索使用3支Z2350型树脂锚固剂锚固。

5锚索安装工艺及要求

5.1锚索支护流程

施工前准备工作—点眼、打眼—清理钻孔—逐支装入树脂锚固剂—安装、锚固锚索—上锚索托盘及索具—用锚索张拉泵预紧锚索。

5.2锚索安装工艺

根据锚索间排距定好孔位,21.6mm×10300mm锚索采用MQT-130/3.2锚杆机打眼,21.6mm×6300mm锚索采用ZQS-60/2.0S型气动手持式钻机打眼。打完眼后,装入树脂锚固剂,用钢绞线逐支轻推至孔底,安上搅拌器,用锚杆机搅拌,搅拌时间25~35s,退下锚杆机和搅拌器,等待8min后,上锚索垫板和索具,采用风动锚索预应力张拉机具紧固。

5.3锚索安装要求

1)打锚索眼:按设计要求定准眼位,按要求打够眼深。2)送树脂锚固剂:向锚索孔装入树脂锚固剂,用钢绞线将锚固剂推入孔底。3)搅拌锚固剂:用搅拌器连接钢绞线与钻机,打开风马达控制扳机,缓推猛搅,将钢绞线注至设计深度。当钢绞线到达眼底时,将扳机开到最大,搅拌25~35s,以确保树脂完全混合。4)紧固锚索:使用MQ22-320/63、MQ18-320/63型矿用风动锚索张拉机具张紧锚索。

5.4三径匹配

21.6mm×10300mm锚索使用MQT-130/3.2锚杆机,钻杆规格:B19×1000mm,钻头规格:28mm。21.6mm×6300mm锚索使用ZQS-60/2.0S型气动手持式钻机,配麻花钻杆,钻头使用28mm羊角钻头。锚固剂采用Z2350树脂锚固剂,直径23mm,长度500mm。钻孔直径、锚索直径、锚固剂直径“三径匹配”符合设计要求。

6矿压观测

1)在工作面前方及后方200m范围内每间隔20m建立一个测站,用于测量留巷顶底板移近量及两帮收敛量。建站后,工作面100m范围内测站每2天观测一次数据,其余每周观测1次。进入后方观测时,必须安排专人观察巷道情况,发现异常及时撤出,其他无关人员禁止进入。2)建立矿压观测台账,及时更新观测数据,发现留巷顶板下沉量超过100mm,两帮移近量超过500mm时,应及时采取措施进行维护。

7结语

目前,煤矿生产单位对沿空留巷的认识比较统一,不断优化沿空留巷工艺,创新沿空留巷施工方案,保证沿空留巷施工效果,是需要长久持续推进的工作。推行沿空留巷,不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实意义,而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标,增产、增盈减亏的主要途径之一。

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