薄煤层综放开采沿空留巷技术

薄煤层综放开采沿空留巷技术

1覆盖煤的厚度鹤煤集团可开采下煤层6和8万吨煤炭，包括薄煤层和中厚煤层。六煤平均厚度0.87m,没有直接顶,平均厚度8m的石灰岩直接覆盖其上。八煤平均厚度2.2m,含0.04～0.2m厚的薄夹矸4～7层,顶板为极易破碎的泥岩。由于这两层煤为薄煤层及中厚煤层,易采用沿空留(送)巷的方法进行开采。因此,在设计及施工中,一矿曾分别在六煤、八煤中采用了不同的沿空留(送)巷方法。2留巷旁支护技术我国早在60年代就已开始试验沿空留巷技术,目前,沿空留巷技术在薄煤层开采中已有较成功的经验,在巷旁支护上,主要采用木垛支护、密集柱支护、料石垛支护及矸石带支护等。一矿曾分别采用了木垛护巷和料石垛护巷2种巷旁支护方法。2.1工作面下沉效果由于木垛具有一定的可压缩性,当顶板压力过大时,可通过收缩卸压来保证木垛不被压垮。经观测,工作面回采过后,顶板下沉约350～450mm,断面收缩率约为18%,稍加修复,即可投入使用。木垛规格为:1200mm×1200mm,相邻两垛中心距为2m,采用直径160～200mm的圆木加工成方木。2.2粗料石的铺设由于采用木垛护巷要消耗大量坑木,为节省坑木,一矿曾在部分巷道采用料石垛护巷。料石垛规格为1200mm×1200mm,间距2m,采用300mm×300mm粗料石。在码放过程中,每层料石都均匀铺设一层薄木板以增强石垛的稳定性。从使用效果看,个别料石垛有被压坏的现象,但对巷道简单修复后,不影响二次使用。一矿在六煤(16个工作面)的开采过程中,均采用了以上2种巷旁支护方法,从而减少了掘进工作量,缩短了工作面的服务时间,缓解了采掘接替紧张的矛盾,提高了煤炭资源回收率,延长了矿井的服务年限。3沿空铺设法适用于8个煤炭开采3.1采动影响效果八煤平均厚度2.2m,为减少工作面间煤柱损失,提高采区回采率,针对八煤地质条件,为探索出一条适当的沿空留巷的路子,1987年11月,在八煤二采区开采的第一个工作面(1809工作面),将运输巷留巷,用作下一个工作面(1810工作面)的回风巷。巷道规格为2.4m×2.2m(梁×柱),铁棚支护,棚距0.5m。采用巷内打双排金属带帽点柱(摩擦支柱),留巷长度460m。从使用效果来看,并不理想。由于支护材料为刚性材料,虽然在底板不太硬的情况下,可通过刚性支架柱腿压入底板少量卸压,但由于支架本身没有可缩性,当柱腿插底达到极限后,支架本身将会受压以至破坏。另外,留巷时间过长(从开始留巷到二次复用长达14个月),也是造成支架受破坏的一个原因。根据矿压观测结果,采动影响剧烈范围为工作面后方30m以内,采动影响范围为工作面后方80m以内,虽然在采动影响范围内进行了加固和维修,但由于留巷受采动影响后长期处于地应力的影响下,且压力超过了支架的荷载强度。结果造成巷道断面收缩过大,支架严重变形,部分地段全部冒死,致使修复量太大,修复时间比掘进时间还长。因此,在以后的工作面设计和施工中,除1807运输巷外,均采用沿空送巷的方法。3.2巷道围岩充填工艺1990年4月,经中国统配煤矿总公司生产局批准,中国矿业大学北京研究生部与鹤壁矿务局合作,在鹤壁一矿1807运输巷进行了采用高水速凝充填材料作巷旁支护沿空留巷的工业性试验。巷旁支护使用了由中国矿业大学北京研究生部研究,天津特种水泥厂生产的高水速凝泵送充填材料,充填宽度1m,巷内支护则使用中国矿业大学北京研究生部研制的插底式工字钢梯形支架及刚性工字钢梯形支架2种类型支架。1807工作面于1990年12月20日正式开始回采,充填系统于12月24日也正式投入生产,至1991年8月31日1807工作面回采结束,充填工作于9月4日结束,共充填固化材料222袋,留巷总长400m。1808工作面在1807工作面停采后第4天,即1991年9月4日开始回采。也就是说,采用高水速凝充填材料巷旁支护所留下的巷道作1808工作面的回风巷正式投入二次复用,经过二次回采的考验表明,采用高水速凝充填材料作巷旁支护所进行的沿空留巷,无论在技术上还是在经济上都取得了显著的效果。(1)采用高水固化材料巷旁充填留巷使用的设备少,工艺简单,便于推广应用。(2)采用固化材料充填留巷,等于建了一道承压墙,大大减少了顶板对所留巷道的压力,使所留巷道变形量大大减少,巷道断面实际收缩率为14.3%,支架柱腿、顶梁的破坏仅为0.9%和8.6%,经过简单维修就可以重新使用。(3)采用固化材料充填留巷,也和其他留巷一样,降低了巷道掘进率,缓解了工作面接替紧张状况,提高了资源回收率,延长了矿井寿命。(4)采用固化材料充填留巷能阻止采空区有害气体扩散,给安全生产创造了比较有利的条件。(5)留巷和掘进费用比较,每掘1m巷道需用405元(1991年单价),留巷巷道每米需用452元,若大面积推广后,留巷成本还会进一步降低。虽然留1m巷道比掘进1m巷道费用稍高,但留巷所带来的社会效益却不可低估。4沿空留巷技术的适用范围(1)在薄煤层中应用沿空留巷,技术上比较成熟,从一矿用木垛和料石垛2种巷旁支护方法来看,使