采掘相向沿空掘巷动态分段围岩控制技术

2018-07-30王伟

陕西煤炭 2018年3期

王伟

(山西阳煤五矿，山西阳泉 045209)

0 引言

沿空掘巷就是完全沿采空区边缘或仅留很窄煤柱掘进巷道。具体说，就是把巷道布置在位于靠煤柱一侧的低应力场，便于巷道维护，减少变形量。采掘相向沿空挖掘巷技术，可以有效地缓解传统采掘接续紧张关系，提高巷道掘进质量与维护效率，增大回采率。文章以付村煤矿为例，介绍了采掘相向沿空挖掘巷技术的具体应用。

1 工程概况

付村煤矿的主采工作面为3上411，其在实际运输过程中需要在巷位3上进行，而整个煤层位于东西南部-480 m水平上，工作标高为-133～305 m，如图1所示。煤层深度在300 m左右，煤层平均厚度为5.4 m，呈现出单一斜构造形式。煤层倾角0°～12.5°。如果使用传统的掘进技术进行煤炭采掘，那么就会在一定程度上增加煤矿动压压力，这对其的正常开采与掘进工作来说造成了很大的影响。采掘相向沿空掘巷动态分段围岩控制技术的出现可以有效地解决这一问题，可以更好地提升煤炭的开采、掘进工作质量与效率。

图1 煤矿工作面位置

2 巷道动压影响范围数值模拟

2.1 模型建立

通过分析该矿地质条件，可得出在实际回采期间，想做好掘进工作，就需在煤矿所处位置布置3上411工作面，并将煤炭运输的全过程巷迎3上4080通过回采工作面的形式进行巷道挖掘，之后再将所得出来的挖掘结果进行深入分析，并制定出一项科学、合理的数值模型，为接下来开展的挖掘工作打下了良好的保障基础，提升巷道的挖掘质量与效率。

在对采掘相向沿空掘巷实际挖掘过程中所使用的数值计算模型为长宽高相乘为基础进行计算，如250 m×250 m×78 m。煤矿模型可划分成97 500个单元，再将这些单元划分成104 040的节点。在对该模型实际计算中，得出模型按平均密度的形式算得整个模型密度2.5 t/m3、深度300 m。想保证模型的计算工作顺利进行，可在模型中上方增加垂直应力，并对模型的运行全程进行限制，使模型在顶部边界的位置中运行，保证其安全、稳定地运行下去。通过对模型的分析，得出模型的自重载荷为7.5 MPa，水平侧压系数为0.315 8，荷载大小为2.36 MPa。

2.2 模拟结果分析

通过对模型的分析，可以有效地得出其在开展挖掘、开采工作时，应该将整个开采机械设备的运行范围以及踩空区控制在外侧，保证其在实际开采过程中煤岩体的内部不可以出现应力集中的现象，为机械开采工作提供良好的保障。

巷道围岩垂直应力在水平切面上进行合理分布，将整个机械挖掘的距离控制在煤矿深处的60 m之内，避免其在挖掘时受到的不良影响。对于挖掘深度在40 m时，现有的挖掘机械设备在实际运行期间会受到巷道掘进的影响，导致机械波动严重，巷道周边的应力也会逐渐增加，但是未达到峰值状态。要想从根本上解决这一问题，就应该做好巷道顶板岩石层活动全过程控制，并根据挖掘的深度对机械设备的运行速度、状态等进行合理控制。

3 动压巷道围岩分段控制

3.1 动态分段控制原理

通过对相向沿空掘巷模拟结果分析，可以有效地得出其在实际开采过程中实体煤炭挖掘段状况与动压对整个煤层段造成的不良影响，这对于接下来所开展的挖掘工作来说提供了良好的保障基础。在工作面为60 m的位置进行作业之后，再对现有的巷道围岩进行加固支护，减少其在实际挖掘期间的不良影响。当挖掘设备延伸到100 m的深度挖掘时，可以适当地减少挖掘设备的运行速度，并将其通过沿空挖巷的形式进行挖掘，从而提升挖掘工作质量与效率，减少对支护造成的不良影响。

3.2 动态分段控制对策

在对一些实体的煤炭进行挖掘时，如果3上408工作面发生严重的波动现象，那么可以适当提升围岩自身的承载能力，对于在就挖掘初期处于变形的状态来说，可通过锚网索梁联合支护的形式进行挖掘。常用的金属网厚度为3.0 mm、孔洞为60 mm×60 mm、顶板锚规格为10 mm×2 400 mm、间距为900 mm×800 mm。如其在实际运行期间受到了挖掘的扰动，那么可对其进行支护加强来为整个挖掘工作进行防护，保证挖掘工作可顺利进行下去，提升煤柱与顶板的稳定性，增强支护整体强度。