超长沿空留巷挡矸支架随采随装技术研究.pdf

扫码阅读下载刘忠平,马亮,高亮,等.超长沿空留巷挡矸支架随采随装技术研究J.矿业安全与环保,2023,50(5):105-110.LIU Zhongping,MA Liang,GAO Liang,et al.Study on technology of super-long gob-side entry retaining gangue support with mining and assemblingJ.Mining Safety&Environmental Protection,2023,50(5):105-110.DOI:10.19835/j.issn.1008-4495.2023.05.017超长沿空留巷挡矸支架随采随装技术研究刘忠平1,2,3,马 亮4,高 亮4,曹宇翔4,王守印4,刘永东4,孙国强4(1.陕西开拓建筑科技有限公司,陕西 西安 710054;2.陕西开拓新矿业工程有限公司,陕西 西安 710054;3.西安绿色矿业研究院有限公司,陕西 西安 710054;4.陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司,陕西 神木 719300)摘要:针对刀把型双工作面无法提前安装挡矸支架的难题,提出一种挡矸支架随采随装新方法,采取“架前柔性网+架间锚索+架后戗棚和木垛”防护措施隔离采空区,及时浇筑转角区横向和走向柔模砼墙彻底切断采空区,借助挡矸支架的横向自移功能将 20.5 m 长挡矸支架快速安装复位。实践证明,该方法能够安全快速地将超长挡矸支架安装复位,满足陕北矿区日推采 1218 m 沿空留巷工作面的生产要求。关键词:沿空留巷;挡矸支架;随采随装;安全复位中图分类号:TD823 文献标志码:B 文章编号:1008-4495(2023)05-0105-06收稿日期:2023-01-12;2023-03-19 修订作者简介:刘忠平(1986),男,陕西神木人,硕士,高级工程师,主要从事无煤柱开采技术研究工作。E-mail:harmony543 。Study on technology of super-long gob-side entry retaining gangue support with mining and assemblingLIU Zhongping1,2,3,MA Liang4,GAO Liang4,CAO Yuxiang4,WANG Shouyin4,LIU Yongdong4,SUN Guoqiang4(1.Shaanxi Pioneering Architectural Technology Co.,Ltd.,Xian 710054,China;2.Shaanxi Pioneering New Mineral Engineering Co.,Ltd.,Xian 710054,China;3.Xian Green Mining Research Institute Co.,Ltd.,Xian 710054,China;4.Shenmu Ningtiaota Coal Mining Co.,Ltd.,Shaanxi Coal and Chemical Industry Group,Shenmu 719300,China)Abstract:Aiming at the problem that the cutter-type double working face cannot install the gangue retaining support in advance,a new method of gangue retaining support that ming with loading was proposed.The protective measures of“flexible net in front of the support+anchor cable between the supports+closure shed and wooden crib behind the support”were adopted to isolate the goaf,and the horizontal and strike flexible formwork concrete walls in the corner area were poured in time to cut off the goaf.With the help of the lateral self-moving function of the gangue retaining support,the 20.5 m long gangue retaining support was quickly installed and reset.Practice has proved that this method can safely and quickly install and reset the super-long gangue retaining support,and meet the production requirements of 12 m to18 m gob-side entry retaining working face in northern Shaanxi mining area.Keywords:gob-side entry retaining;gangue retaining support;mining with loading;safety reset 柔模沿空留巷1-3是在沿空留巷专用支架的防护下通过混凝土泵将高性能混凝土注入三维纺织结构柔性模板内,在采空区与巷道之间构筑一道密实接顶、快硬高强的柔模混凝土连续墙4-6,密闭采空区,将原有巷道保留下来,作为泄水巷、卸压巷、瓦斯治理巷和相邻工作面的回采巷道7-12,降低巷道掘进率,提高煤炭回采率,并为防治煤矿水、火、瓦斯、顶板、冲击地压等重大灾害提供时间和空间,可有效防范遏制重特大事故,全面提升煤矿安全保障能力,保证煤炭稳定供应13-16。挡矸支架的主要作用是临时围护待浇筑空间17,为浇筑柔模砼墙创造安全作业环境。对于501第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection Vol.50 No.5Oct.2023挡矸支架,国内外研究偏少,杨俊哲等18开发了柔模沿空留巷专用挡矸支架,该挡矸支架为两组四排十二架结构,顶梁长度 16.5 m,填补了国内外空白;张凯等19开发了一组三架迈步自移式综放工作面柔模沿空留巷挡矸支架,满足放顶煤沿空留巷施工要求;陈外信等20依托上湾煤矿 3.8 m 采高工作面,采用柔模沿空留巷挡矸支架围护待浇筑空间,实现了日留巷 15 m。上述研究都是在工作面开切眼将挡矸支架与综采支架同时安装并同步沿空留巷,但是刀把型双工作面由于工作面回采一定距离后才开始安装挡矸支架和沿空留巷,因此挡矸支架的安装环境复杂,难度大,并且影响工作面回采。鉴于此,笔者针对刀把型双工作面沿空留巷,提出一种挡矸支架随采随装安全复位新方法,并进行现场应用。1 工程概况柠条塔煤矿 14212 工作面地质条件简单,煤层平均厚度 3.9 m,采用单一倾向长壁采煤法,综合机械化一次采全高采煤工艺,自然垮落法管理采空区顶板,正常回采推进度为 12 18 m/d。14212 与14213 工作面联合布置(见图 1),14212 开切眼距离14213 开切眼措施巷 710 m,14213 开切眼措施巷距离14212 回撤通道 2 070 m,14212 工作面回采至 14213 开切眼措施巷时开始留巷,留巷长度 2 070 m(图 1 中红线标注部分),将 14212 运输巷保留下来作为 14213回风巷。14212 运输巷采用沿底留顶煤掘进,支护横断面如图 2 所示。图 1 14212 和 14213 刀把型双工作面联合布置示意图图 2 14212 运输巷支护横断面2 沿空留巷主要支护参数及专用支架2.1 沿空留巷主要支护参数21紧跟 14212 工作面在沿空留巷端头支架和挡矸支架的安全防护下,利用工作面检修班,通过混凝土泵将高性能混凝土注入柔模内,在采空区与 14212 运输巷之间构筑 1 道柔模混凝土连续墙,将 14212 运输巷保留下来。沿空留巷支护横断面如图 3 所示。图 3 14212 运输巷沿空留巷支护横断面2.2 柔模沿空留巷专用支架21在 14212 工作面机头安装 5 台柔模沿空留巷端头支架,其中 2 台为 ZYT12000/20/40D 型 T1 和 T2躲锚支架,3 台为 ZZTP21600/20/40D 型 T3、T4 和T5 铺网支架。为保证留巷施工不影响回采,紧跟 T4 和T5 支架,安装 1 组 ZRL44500/22/40D 型沿空留巷挡矸支架(见图 4),可实现检修班一次性浇筑 18 m 柔模混凝土墙体。挡矸支架为一组两排六架,每排前中后三架的顶梁与顶梁之间、底座与底座之间通过销轴铰接,实现每排三架同步升降。挡矸支架左右601Vol.50 No.5Oct.2023 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection 第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月两排互为支点迈步自移,与综采支架不连接。另外,挡矸支架具有走向自移、横向自移、挡矸切顶等功能,远程遥控操作,总长度 20.5 m,总宽度 1.776 m。在滞后工作面 100 m 范围内距离柔模砼墙 600 mm处支设一排单元支架,单元支架间距3.0 m。沿空留巷设备平面布置如图 5 所示。2 0 5 0 95 4 9 95 3 8 17 6 3 61 7 7 6拉紧千斤顶推移千斤顶拉紧千斤顶推移千斤顶单位：m m图 4 ZRL44500/22/40D 型沿空留巷挡矸支架图 5 沿空留巷设备平面布置示意图3 挡矸支架随采随装技术在 14212 工作面综采设备安装时同步安装 5 台柔模沿空留巷端头支架,当回采至 14213 开切眼措施巷附近时随采随装挡矸支架,主要程序如下:超前组装挡矸支架架前铺网和架间打设锚索打设戗棚及木垛浇筑转角柔模砼墙回采并维护挡矸支架工作空间横向平移复位挡矸支架支设单元支架并集中浇筑 20 m 柔模砼墙。3.1 超前组装挡矸支架对 14213 开切眼和开切眼措施巷之间的煤柱进行扩帮,形成挡矸支架安装硐室,硐室长 20 m、宽3 m,扩帮段及其前后 20 m 范围内采用单体支柱临时加强支护。超前 14212 工作面 100 m 以外,提前利用支架搬运车将挡矸支架从地面分段运至安装硐室内,并组装挡矸支架,如图 6 所示。图 6 超前组装挡矸支架3.2 架前铺网和架间打设锚索当工作面推采至距离 14213 措施巷 15 m 时,在架前开始铺设柔性网,自留巷 T3 端头支架起横向一直延伸到工作面 10#支架,铺网宽度为 15 m。同时在柔性网掩护下每推采两刀煤,分别在 2#与 3#支架、3#与 4#支架、4#与 5#支架、5#与 6#支架、6#与 7#支架的架间打设锚索,每排 5 根,锚索规格为 21.8 mm9 000 mm,间排距为1 750 mm1 600 mm,待挡矸支架安装复位完成后停止铺网和打设锚索,如图 7 所示。图 7 架前铺网和架间打设锚索3.3 打设戗棚及木垛3.3.1 打设单体戗棚当工作面推采至柔性网超出 2#支架架尾 800 mm时,及时沿 1#和 2#支架架尾打设单体戗柱,每根戗柱配合方木(长宽高=1 200 mm200 mm200 mm)支护顶板,在打设好的戗棚下继续打设 2 根单体,替换临时戗柱,单体支撑角度 7585,间距 800 mm,要求单体柱连锁、棚梁连锁,如图 8 所示。图 8 打设单体戗棚3.3.2 打设木垛当工作面继续向前推采两刀煤后,紧贴单体戗棚打设 2 个横向木垛,方木规格 1 200 mm200 mm200 mm,第一个木垛距离副帮 1 400 mm,木垛净距800 mm,木垛码放采用“井”字形布置。紧跟木垛打设单体支柱,每个木垛打设 3 根,单体支柱间距500 mm,如图 9 和图 10 所示。图 9 打设木垛支护断面701第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection Vol.50 No.5Oct.2023图 10 打设木垛支护平面3.3.3 打设扇形区单体戗棚及木垛紧跟工作面回采,架后及时补打木垛,保证木垛距离支架尾梁不超过 2 000 mm,采用扇形面形式打设单体戗棚及木垛围护隔离采空区至 5#支架,如图11所示。图 11 打设扇形区单体戗棚及木垛3.4 浇筑转角柔模砼墙3.4.1 浇筑横向柔模砼墙隔离采空区当工作面超过 14213 开切眼措施巷 5 m 时停止割煤,在运输巷道副帮掏槽,槽深 300 mm,槽宽1 200 mm,距离 14213 开切眼措施巷 5 m。随后沿掏槽区浇筑横向柔模砼墙,其宽度 1 200 mm、长度6 000 mm,如图 12 所示。图 12 浇筑横向柔模砼墙隔离采空区3.4.2 浇筑走向柔模砼墙隔离采空区当工作面超过 14213 开切眼措施巷 15 m 时停止割煤,首先采用单体戗棚及木垛沿 5#支架架后隔离采空区、维护顶板,然后浇筑走向柔模砼墙,墙宽1 200 mm、长度 6 000 mm,横向与走向柔模砼墙完全隔离采空区,如图 13 所示。图 13 浇筑走向柔模砼墙隔离采空区3.5 回采并围护挡矸支架工作空间随工作面推进,继续进行架前铺网和架间打设锚索,并在 5#支架后采用单体戗棚及木垛隔离采空区,木垛距离 5#支架尾梁不超过 1 500 mm,木垛间距 800 mm,围护挡矸支架工作空间长度不少于22 m,宽度不小于 9.5 m,同时采用走向“一梁四柱”抬棚临时支护留巷顶板,如图 14 所示。图 14 回采并围护挡矸支架工作空间3.6 横向平移复位挡矸支架当工作面超过 14213 开切眼 5 m 时停止割煤,开始横向平移复位挡矸支架工作。首先拆除靠近硐室的一排五架抬棚(见图 15(a),然后将靠近留巷的左排挡矸支架降架,右排挡矸支架继续支撑顶板,左右两排挡矸支架互为支点,利用拉紧和底调千斤顶将左排挡矸支架从安装硐室向留巷内整体横向平推 100 mm,然后将左排挡矸支架升起并支撑顶板,右排挡矸支架降架,收回拉紧和底调千斤顶,将右排挡矸支架向左横向拉移 100 mm,这样就完成挡矸支架横向平移一个步距的动作。反复上述循环,直至挡矸支架横向平移复位至正常沿空留巷的设计位置(见图 15(b)。将挡矸支架移出硐室后,立即在距离硐室煤帮 500 mm 处打设一排木垛,木垛净距800 mm,临时加强支护硐室。(a)拆除靠近硐室的一排五架抬棚801Vol.50 No.5Oct.2023 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection 第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月(b)打设硐室木垛及横向平移挡矸支架图 15 横向平移复位挡矸支架3.7 支设单元支架并集中浇筑 20 m 柔模砼墙挡矸支架横向平移复位后,首先在距离柔模砼墙500 mm 位置支设一排单元支架,临时支护留巷顶板,然后集中浇筑20 m 柔模砼墙至T3 端头支架架尾,彻底隔离采空区,形成正常沿空留巷条件(见图16)。图 16 支设单元支架并集中浇筑 20 m 柔模砼墙4 实施效果按照上述随采随装技术方案成功将 14212 工作面 20.5 m 长挡矸支架安装复位,总计耗时 4.5 d,其中挡矸支架横向平移复位仅用时 6 h,集中浇筑20 m 长柔模砼墙用时 8 h,柔模砼墙 4 h 抗压强度可达 5 MPa,1 d 抗压强度可达 20 MPa,2 d 抗压强度可达 30 MPa,施工速度和混凝土强度满足高产高效矿井生产要求。在柔性网、锚索、戗棚和木垛的综合防护下,随采随装过程中未发生采空区矸石窜入作业空间的情形,人员作业安全。在转角区设置的 1#测站巷道围岩变形监测数据如图17 所示,10 m 深基点实测最大离层量 5 mm,两帮移近量 20 mm,顶底板最大移近量 22 mm。距离 1#测站 50 m 处设置的 2#测站巷道围岩变形监测数据如图 18 所示,所有变形量均比 1#测站小。图 17 转角区 1#测站巷道围岩变形监测数据图 18 距 1#测站 50 m 处的 2#测站巷道围岩变形监测数据数据表明,沿空留巷支护参数和随采随装防护参数设计合理,留巷变形量小,完全满足 14213 工作面直接复用要求。转角区留巷效果如图 19 所示,正常段留巷效果如图 20 所示。图 19 转角区沿空留巷效果图 20 正常段沿空留巷效果5 结束语1)采取的“架前柔性网+架间锚索+架后戗棚和木垛”临时防护措施能够快速阻挡矸石,隔离采空区,为挡矸支架安装复位创造安全作业空间。2)及时浇筑转角区横向和走向柔模砼墙,彻底切断采空区顶板,密闭采空区,减轻留巷压力,保证挡矸支架横向平移复位的工作空间。3)具有横向平移功能的挡矸支架能够大幅减少安装复位工作量,缩短安装复位时间。4)随采随装技术方案充分利用既有巷道空间将20.5 m 长挡矸支架快速安装复位,转角区留巷变形量小,数据表明临时防护参数和留巷支护参数合理。5)随采随装技术方案为刀把型双工作面超长沿901第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection Vol.50 No.5Oct.2023空留巷挡矸支架安全快速复位提供了新方法,可加快陕北矿区和神东矿区柔模沿空留巷新技术推广应用。参考文献(References):1 吴玉意.柔模泵注混凝土支护原理与参数研究D.西安:西安科技大学,2009.2 张智强.双突矿井中柔模混凝土沿空留巷应用研究D.西安:西安科技大学,2012.3 刘忠平.深井厚煤层柔模泵注混凝土沿空留巷技术应用研究D.西安:西安科技大学,2013.4 王大钊.柔模混凝土连续墙结构在回撤沿空留巷中的应用研究D.西安:西安科技大学,2013.5 赵腾飞.浅埋煤层柔模混凝土沿空留巷技术应用研究D.西安:西安科技大学,2014.6 刘文学.金凤煤矿大采高工作面沿空留巷应用研究D.西安:西安科技大学,2015.7 李晓白,潘海兵,石景帅,等.6 m 大采高沿空留巷巷旁支护研究J.煤炭工程,2019,51(5):78-81.8 张智强,赵浩亮,曹新云,等.特厚煤层小煤柱加固及双柔模墙留巷支护设计研究J.煤炭工程,2022,54(6):46-51.9 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