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沿空留巷理想背景

来源:小侦探旅游网
多年来,煤炭在我国能源结构中一直占有70%以上的份额,根据全球经济可持续发展和能源利用的发展趋势以及中国能源结构特点,中国70%以上的能源来自煤炭的能源构成状况在相当长的时期内不会发生大的变化。但煤炭的生产过程却存在着许多危害安全的灾害性问题,在煤矿各类事故类型中,顶板事故非常严重,近年来的统计数据表明,顶板事故次数占全国煤矿事故次数的 50%~55%,顶板事故死亡人数占全国煤矿死亡人数的 30%~40%,顶板事故发生频率高,死亡人数多,严重威胁着我国煤矿的安全生产。

我国一些主要矿区自20世纪 70 年代以来己陆续进入深部开采。随着国民经济建设的大发展,资源需求量日益增加。2003 年我国原煤产量 16.67 亿 t,2004 年产量达到了 19.56 亿 t,2005 年产量达到了 21.1 亿 t,2006 年产量已达到了 23.8 亿 t。由于长期开采,浅部资源日益枯竭,因此,不得不转入深部开采。据统计,20 世纪 50 年代,我国的立井深度平均不到 200m,而 90 年代平均深度已达 600m,相当于平均每年以 8~12m 的速度向深部延伸。而东部矿井的向下延伸速度更快,平均每年达 10~25m。早在“八五”期间,国内新建的 65 个矿井的平均深度就达到了 588m。目前我国许多矿区的开采深度都已超过了 600~800m,深度超过千米的矿井就有数十个,最大开采深度已接近 1200m,可以预计,随着对煤炭需求量的不断增加,我国将有更多的煤矿进入到 1000m 以下进行开采。

随着采深的逐年增加,深部巷道往往处于复杂的应力环境中,深部巷道地应力增加,围岩应力分布与矿压显现异常,导致围岩岩性恶化,围岩塑性区和破碎区范围大,致使巷道不仅在回采动压影响期间围岩变形及破坏严重,就是采掘影响期间围岩变形也非常严重,而且在应力分布趋于稳定后仍保持快速流变,尤其煤巷两帮的煤层强度小,在采动支承应力作用下,塑性区和破碎区更大,两帮相对移近剧烈,降低了两帮对顶板的支护;高应力通过两帮传递到底板,因施工困难、巷道底板一般不支护或支护强度较小,因此,深部巷道底鼓严重,两帮移近和底鼓明显,深部煤层巷道在两帮相对移近过程中,作用于顶板和底板,导致顶板下沉和底板鼓起,两帮相对移近与底鼓相互作用,即两帮相对移近促进底鼓,底鼓又加剧两帮移近,失修和严重失修的巷道增多,巷道维护十分困难,且常常出现前掘后修、重复返修的现象,与浅部巷道支护有显著的差别。

多年来,回采工作面开采一直沿用后退式开采顺序,它是造成采掘接续紧张、顺槽维护时间长、支护困难的主要原因之一。并且与后退式开采相一致的U型通风是造成工作面上隅角瓦斯超限的主要原因,尤其是高瓦斯矿井,上隅角瓦斯超限问题十分突出,一直是制约煤矿生产和影响安全的难题。近年来,虽然通过采取瓦斯抽放等各种上隅角瓦斯积聚防治措施可以减轻上隅角的瓦斯积聚,但是由于采空区涌出的大部分瓦斯都在这里积聚,仍容易在工作面上隅角聚积瓦斯,严重限制和危害工作面生产能力的提高和安全生产。

兖矿集团在贵州组建了贵州能化集团公司,下属5对矿井,设计生产能力达千万吨。但这几对矿井基本上都属于高瓦斯矿井,随着矿井的逐步投产,瓦斯问题严重威胁着矿区的安全生产,成为矿区安全高效生产中迫切需要解决的难题。

沿空留巷是煤矿开采技术的一项重大改革,它可以解决煤矿生产中的许多重大技术难题。首先,沿空留巷可以有效缓和采掘接续紧张的矛盾,并大幅缩短回采巷道的维护时间,它对深部软岩及高应力难支护问题具有重要意义;其次,沿空留巷取消了区段煤柱,工作面回采可以顺序进行,避免了跳采出现孤岛工作面带来的高应力集中,从而导致一系列安全及支护问题;另外,沿空留巷可以实现工作面Y型通风,从而有效的治理并解决上隅角瓦斯超限难题。但实际应用并不理想,沿空留巷技术的优势基本上没有得到发挥,上述问题并没有得到解决。主要原因就是沿空留巷的效果一直没有取得重大突破,主要包括两个方面的问题:一是巷道支护材料不过关,留巷后在顶板压力下巷旁支护很快变形破坏,导致沿空留巷变形破坏严重,维修十分困难,而且巷旁支护的破坏导致漏风严重,给安全带来重大隐患;二是施工工艺原始,基本是人工操作,施工困难,施工速度缓慢,难以实现高产高效,尤其是综采工作面,传统沿空留巷的施工进度、施工质量及巷旁支护方式难以适应综采速度快、现代化程度高、巷道断面大及支护质量要求高的特点。

因此,探索一种新的沿空留巷支护方式,解决传统沿空留巷存在的问题,使沿空留巷真正发挥其应有的作用是十分必要并具有重要意义。

兖州矿区各矿面临开采逐渐进入深部,巷道支护、采掘接续、深部地温、孤岛开采等众多问题日渐突出;贵州能化各矿将陆续建成投产,上隅角高瓦斯问题将日趋严重。为此,尽快实现综采沿空留巷开采,解决采掘接续紧张和高瓦斯Y

型通风问题成为兖矿深部开采及贵州能化高瓦斯亟待解决的问题。济宁二号煤矿为兖矿集团所属主要生产矿井之一,为年产300万吨的现代化矿井。但煤层条件复杂,开采深度大,工作面搬家频率,采掘接续紧张,工作面孤岛开采问题突出,因此,研究决定在济宁二号煤矿93上02工作面运输顺槽进行沿空留巷试验。

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