缓倾斜薄煤层沿空留巷下Y型通风及矸沙填充技术

摘要

传统的煤炭开采中，维护巷道常用的办法是留设部分煤柱，但这也浪费了大量的煤炭资源。为了使煤炭资源得到合理开采、提高煤炭资源的采出率和回收率，我国很多煤矿都已采用沿空留巷技术进行巷道维护。沿空留巷技术的优点有：巷道掘进量大幅减少、煤炭资源的采出率和回收率提高、采掘接替的矛盾得以缓解、技术和经济效益明显提高、减少了因留设煤柱、丢煤引起的矿井灾害等。沿空留巷技术能否运用成功，合理选择巷道的支护是关键，包括巷内支护和巷旁支护的选择，因此研究沿空留巷巷道的合理支护十分必要。
　　传统的U型通风系统，不能很好的解决巷道瓦斯超限问题，尤为突出的是工作面上隅角，瓦斯浓度常常超标。两进一回下行式 Y型通风系统可以在采煤工作面的上、下巷同时进风，工作面能位最低点是留巷的末端，如果主、副进风巷风量分配合理，可彻底解决上隅角瓦斯超限问题。并且因用两条风路分别进行稀释，从而使工作面煤壁的供风量明显降低，能大大改善工作面劳动生产环境，降低粉尘浓度。
　　本论文以天府三汇一矿2443工作面为工程背景，对缓倾斜薄煤层下行式 Y型通风及矸沙充填沿空留巷关键技术进行研究。采用理论分析、数值计算分析、现场试验等方法，研究了缓倾角薄煤层沿空留巷的巷旁支护和巷内支护方案、合理的工作面通风风量和主、副进风配比以及控制漏风方案。本文主要研究成果如下：
　　（1）对沿空留巷围岩活动规律进行了分析研究，建立沿空留巷顶板岩层控制设计的力学计算模型作为留巷支护设计的依据；
　　（2）以沿空留巷围岩活动规律以及对巷内和巷旁常用支护方式的研究为基础，结合矿井实际情况，巷内选用11号矿用工字钢刚性支架并采用一梁二柱形式支护，并在工作面前方20m运输巷和工作面后方60m回风巷范围内实施单体液压支柱加强支护。巷旁支护共设计了三种方案：方案一：巷内11＃工字钢架护巷，巷旁采用采空区垮落矸石充填支护，并配合沙袋充填以防漏风；方案二：巷内11＃工字钢架护巷，巷旁人工砌筑料石墙体护巷；方案三：巷内11＃工字钢护巷，巷旁由直径为15cm松木单柱护巷；
　　（3）选用离散元数值分析程序 UDEC对上述三种支护方案进行数值分析对比研究，模拟各种方案下围岩的变形情况，由对比模拟结果决定采用方案一进行现场试验；
　　（4）根据工作面风量计算原则：按工作面瓦斯涌出量、工作面温度、同时工作人数分别计算风量，取其最大值，并验算其风速是否符合《安全规程》规定，界于0.25～4 m/s。最终确定工作面通风风量为840 m3/min，并经过现场配风调试，确定当主、副进风约为3:1时，瓦斯浓度控制及排尘效果最为良好；
　　（5）通过现场试验、矿压监测、通风监测以及经济效益分析可知,缓倾斜薄煤层下行式Y型通风及矸沙充填沿空留巷技术在三汇一矿2443工作面取得了良好的效果，采用的支护及通风方案技术效果良好，并且经济效益显著，直接经济效益达到465.9万元。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1 问题的提出

1.2 沿空留巷国内外研究现状

1.3 Y型通风研究现状

1.4 研究内容及技术路线

2 沿空留巷围岩活动规律

2.1 缓倾斜薄煤层沿空留巷开采的特点

2.2 采场上覆岩层的运动和发展的基本特征

2.3 缓倾斜薄煤层沿空留巷支护荷载规律

2.4 巷旁支护阻力计算

2.5 巷旁支护体可缩量确定

2.6 本章小结

3 沿空留巷支护设计与数值模拟

3.1 沿空留巷支护方式

3.2 工程概况

3.3 基本地质参数

3.4 沿空留巷支护方案设计

3.5 UDEC数值模拟分析

3.6 本章小结

4 通风方案设计

4.1 控制漏风

4.2 工作面风量计算

4.3 本章小结

5 工程实践

5.1 矿压观测设计及结果分析

5.2 通风观测设计及结果分析

5.3 下行式Y型通风及矸沙填充沿空留巷效果分析

5.4 本章小结

6 结论与建议

6.1 主要结论

6.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录