石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案.pdf

工矿自动化 In d u st ry an d Mi n e Au t o mat i o n 第45卷第5期 2019年5月 Vo l . 45 No . 5 May 2019 文章编号1671-251X201905-010405DOI10. 13272/j . i ssn . 1671-251x. 17I82 石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案 梁华杰张凤杰 （1.六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州 六盘水553004； 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆4000I7） 扫码移动阅读 摘要在分析切顶卸压沿空留巷技术优势的基础上，结合石泉煤矿19022工作面地质及开采技术条件， 提出适用于石泉煤矿的切顶卸压沿空留巷方案回采巷道超前加强支护选择高强度锚索配合单体液压支柱 迈步抬棚；对采空区至超前支护段的巷道顶板实施预裂爆破，构成卸压时的断裂切顶线；工作面后方的沿空 留巷采用贴帮丛柱单体液压支柱抬棚液压抬棚的形式进行补强支护矿压监测结果表明，巷道顶板平 均下沉量为95 mm,两帮平均移近量为225 mm,符合巷道断面变形要求；巷道支架平均支护阻力为 II MPa,符合巷道支护强度要求 关键词煤炭开采；沿空留巷；切顶；卸压；加强支护；预裂爆破 中图分类号TD35I 文献标志码A Sc h eme o f g o b-si d e en t ry ret ai n i n g by c u t t i n g ro o f t o rel ease press u re f o r Sh i q u an Co al Mi n e LIANG Hu aj i e1, ZHANG Fen g j i e2 1. Sc h o o l o f Mi n i n g an d Ci vi l En g i n eeri n g , Li u pan sh u i No rmal Co l l eg e, Li u pan sh u i 553004, Ch i n a; 2.CCTEG Ch o n g q i n g Researc h In st i t u t e, Ch o n g q i n g 4000I7, Ch i n a Abstract Based o n an al ysi s o f t ec h n i c al ad van t ag es o f g o b-si d e en t ry ret ai n i n g by c u t t i n g ro o f t o rel ease pressu re, c o mbi n ed wi t h g eo l o g i c al an d mi n i n g t ec h n i c al c o n d i t i o n s o f 19022 wo rki n g f ac e o f Sh i q u an Co al Mi n e,t h esc h emeo f g o b-si d een t ryret ai n i n g byc uti n g ro o f t o rel easepressu ref o rSh i q u an Co al Mi n e was pro po sed h i g h -st ren g t h an c h o r wi t h si n g l e h yd rau l i c pro ps weresel ec t ed f o rad van c ed rei n f o rc emen t su ppo rt o f mi n i n g ro ad way; pre-spl i t bl ast i n g was c arri ed o u t o n t h e ro o f o f ro ad way f ro m g o af t o ad van c ed su ppo rt sec t i o n t o f o rm f rac t u re t o p c u t t i n g l i n e d u ri n g pressu re rel i ef; rei n f o rc emen t su ppo rt i n t h e bac k o f t h e wo rki n g f ac e ad o pt ed t h e f o rm o f sl u i c e c o l u mn si n g l e h yd rau l i c pro ps l i f t i n g sh ed h yd rau i c i f t i n g sh ed . Th e resu 7t s o f mi n e pressu re mo n i t o ri n g sh o wt h at t h eaverag esu bsi d en c e o f ro ad way ro o f i s 95 mm, an d t h e averag e d i spl ac emen t o f t h e t wo g an g s i s 225 mm, wh i c h i s i n l i n e wi t h t h e d ef o rmat i o n req u i remen t s o f t h e ro ad way sec t i o n ； t h e averag e su ppo rt resi st an c e o f t h e ro ad way su ppo -t si s33 MPa,wh i c h meet st h e-eq u i -emen t so f -o ad waysu ppo -t st -en g t h . Key words c o al mi n i n g ； g o b-si d e en t ry ret ai n i n g； ro o f c u t t i n g ； pressu re rel i ef; st ren g t h en i n g su ppo rt ; p-e-spl i t bl ast i n g 0引言 技术称为沿空留巷。沿空留巷技术是实现无煤柱开 采的主要技术之一，可以最大限度地回收资源，避免 采煤后，沿采空区边缘保留和维护上一区段的 煤体损失,1-。目前比较常用的沿空留巷技术是巷旁 运输巷作为下一区段的回风巷,其间不留煤柱，这种 充填，充填材料从最初的石干石逐步发展至膏体材料、 收稿日期收稿日期2018-11-28；修回日期修回日期2019-04-11；责任编辑胡娴。责任编辑胡娴。 基金项目基金项目贵州省重点支持学科资助项目（黔学位合字ZDXK〔2016〕24号 作者简介作者简介梁华杰（1988 ）,男，安徽淮北人，副教授，研究方向为矿山压力及其控制,E-mai ll h j_108016I. c o m。 引用格式引用格式梁华杰，张凤杰石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案工矿自动化，2019,45（5）10410 完全取 巷道间的-;完全取 巷道间的 煤柱，提 煤炭 率和煤矿经煤柱，提 煤炭 率和煤矿经济效益效益「7应。 鉴 压 留巷的优势，本文以山西石巷的优势，本文以山西石 泉煤业 煤业 责任 以下简称石下简称石泉煤矿为工程背煤矿为工程背 ，提 用 用 泉煤矿 煤矿 裂爆 留巷巷 前 前 支护 护 压 留巷方巷方案。 1 工程概况工程概况 石泉煤矿石泉煤矿19022工作面如图工作面如图1所示。切顶留巷所示。切顶留巷 巷道所 巷道所 3号煤层埋深为号煤层埋深为500 m,煤厚为煤厚为5. 05〜 7.20 m,均厚为均厚为6.00 m,煤层倾角为煤层倾角为5〜7。伪顶为伪顶为 泥岩，厚度为0. 5 m 为细质砂岩，厚度为 4.2 m；基本顶为砂质泥岩，厚度为基本顶为砂质泥岩，厚度为15 m。。巷道沿煤巷道沿煤 层底板掘进，宽为层底板掘进，宽为4. 8 m,高为高为3.2 m,采用锚网索采用锚网索 梯支护。顶板锚杆为梯支护。顶板锚杆为20mmX2 400 mm左旋高强左旋高强 纹 ，每孔使用纹 ，每孔使用K2335和和Z2360型锚固剂各型锚固剂各 1卷，间排距为卷，间排距为750 mmX800 mm, 格为格为 150 mmX 150 mmX 10 mm,锚固力不小于 锚固力不小于 80 kN, 扭矩不小于扭矩不小于250 N・m。巷帮锚杆为巷帮锚杆为20 mm X 2 400 mm圆钢麻花头锚杆，每孔使用圆钢麻花头锚杆，每孔使用Z2360型锚固型锚固 剂剂1卷，间排距为卷，间排距为850 mmX800 mm,锚固力不小于锚固力不小于 50 kN,扭矩不小于扭矩不小于200 N・・m。。锚索为锚索为18. 9 mmX 9 000 mm高强度低松弛预应力钢绞线，配合同型号高强度低松弛预应力钢绞线，配合同型号 锁具及锁具及300 mm X 300 mm X 16 mm钢垫板，每孔使钢垫板，每孔使 用用K2335型锚固剂型锚固剂1卷卷、 、Z2360型锚固剂型锚固剂2卷，间排卷，间排 距为距为1 600 mmX 1 600 mm,锚固力不小于,锚固力不小于200 kN, , 预紧力不小于预紧力不小于100 kN。。金属网由金属网由 4. 0 mm冷拔丝冷拔丝 钢筋制作，网孔规格为钢筋制作，网孔规格为50 mmX 50 mm,顶网网幅规顶网网幅规 格为格为5 000 mm X 1 000 mm, ,帮网网幅规格为帮网网幅规格为 3 000 mm X 1 000 mm,网片搭接长度不小于 100 mm。 。梯形梁 ，限位孔个数 梯形梁 ，限位孔个数 f杆杆 间距决定间距决定。 2切顶卸压沿空留巷方案切顶卸压沿空留巷方案 结合煤矿现实情况，提出适用于石泉煤矿的预结合煤矿现实情况，提出适用于石泉煤矿的预 图1 19022工作面 Fi g . 1 19022 wo rki n g f ac e 裂爆 留巷前 支护 压 留巷方案①使用高强度锚索对工作面前方预留巷 道 支护。②对采空区至超前支护 段的巷道顶板实施预裂爆破，构成卸压时的断裂切 顶线。③工作面正常推进。④工作面推进后，利 用单体支 压抬棚对留巷进行补强支护。 ⑤当采场顶板周期来压时，顶板沿预裂切缝断裂下 成留巷巷帮。⑥结合矿压观测，待顶板活动稳定 ,撤掉补强支护,留巷成形。 2. 1 巷顶板预裂切缝爆破参数巷顶板预裂切缝爆破参数 预裂切缝爆破参数 结合工作工作面围岩情 况，保证能通过预裂爆破将巷道采空区侧上方的基 本顶完全 「9「10-。主要爆 数 1 炮孔深度为12 000 mm,孔间距为 400 mm,炮孔直径为40 mm。炮孔与回采巷道轴向 成70。夹角，与工作面回采侧成6夹角；每孔装药量 选定为选定为2. 5 kg ,采用煤矿煤矿许用4级级乳化炸药,药卷规 格是格是30 mmX 200 mm/卷，卷，质量为为150 g /卷卷。 2 装药结构为正向不 结构。 缝炮 孔里安安设3段PE材质管用于装药。为方便装药和和 利于炸药爆轰完全，第完全，第1段PE管 安安装尖木楔 塞，每个炮孔内安设塞，每个炮孔内安设2个矿用毫秒延期电雷管及个矿用毫秒延期电雷管及 1根许用导爆索作为起爆元件。导爆索直插至炮孔 孔 药卷内卷内，一一根电雷电雷管 炮孔底第孔底第2个药卷个药卷 里，另一一根插至炮孔口的药卷内。每段药卷卷间用长长 炮 分 分 。 装药结构 图图2 所 所 。 3 封孔结构为黏土炮泥水炮泥黏土炮 泥。每个炮孔的封堵段长度为4 500 mm,施工时沿 孔底到孔口方向先填入400 mm黏土炮泥、800 mm 水炮泥单个水炮泥长度为200 mm和3 300 mm 黏土炮泥，每段炮泥均须压密压实。 依据该矿工程实际，预裂爆破卸压炮孔采用专 门的ZQJJ. 200/1. 8Q气动架柱式钻机施工。装药 连线后，使用FMB. 200电容式起爆器起爆，每次同 爆4〜5个炮孔,1-。 106 ・工矿自动化2019年第45卷 Fi g . 2 Fo rward u n c o u pl ed c h arg e st ru c t u re 2. 2 工作面前巷道加强支护 综合19022工作面开采技术条件，回采巷道超前 加强支护选择高强度大 单体液压支 迈步抬棚，如图3所示。 格为21. 6 mmX 13 000 mm, 巷道轴向方向呈2排“三花“型 布置，锚索间距为1 200 mm,第1和第2排锚索分 距巷道 300 mm和750 mm。 梁 为29UX3 100 mm的钢梁，每梁配三索，梁间距为 500 mm；锚索托盘为 10 mmX 90 mmX 200 mm 的 钢板。 用树 固剂，即2卷CK2050和 2卷Z2050。 露长度为200 mm；锚索预紧力 为 120〜150 kN,锚固力 1220 kN。 单体支 迈 步 抬 棚 用 长 度 为 4200 mm 兀型钢梁配套与巷 泄式单体液压支 柱，每架抬棚规格为一梁三柱，即在巷道 和巷中 各安设一个单体液压支柱,12-。 2.3 工作面后留巷补强支护 工作面 留巷采用贴帮丛柱单体液 压支柱抬棚液压抬棚的形式进行补强支护「13-,如 图4所示。 用29U型钢，安装 保证 留 巷 ， 大 150 mm， 大 350 mm,柱间距为550 mm，贴帮柱内侧挂菱形塑料 网，确保和顶网搭接长度大于200 mm。 -------- -----------------Kn------------------------- 19022运输巷I 高预应力锚索 21.6x13 000 29U型钢锚索梁 图3超前加强支护 Fi g .3 Ad van c ed st ren g t h en i n g su ppo rt 切缝孔开口位置 “深 13 000 mm G O O Q N O Q 二 0 0 1 I细粒砂岩I | 19022工作面推进方向耳| 图4工作面后方补强支护 Fi g .4 Rei n f o rc emen t s u ppo rt 由长度为4 200 mm的兀型钢梁加单体液压支 柱构成支护抬棚，抬棚为一梁四柱，从巷道煤 I起 150,250 mm处依次架设1根，靠近水沟侧持续架 设2根。 i n t h ebac ko f t h ewo rki n g f ac e 液压抬棚规格为长3 200 mm顶梁配宽 720 mm底座，安设 工作面下部端头支架，与 采空区侧巷 距1 600 mm, 求具备 的 撑力和工作阻力。若工作面 长度不足一 2019年第5期梁华杰等石泉煤矿切顶卸压沿空留巷方案・107・ 压抬棚的长度，则巷道加强支护仍沿用单体液压支 柱抬棚。 3切顶卸压沿空留巷效果切顶卸压沿空留巷效果 为评估成巷效果，自工作面留巷起始位置开始, 对留巷表面位移 压抬棚受载进行观测，结果如 图5图7所示。 吕吕、奠 e d w、醪田 B B 铝田燮 图5留巷表面位移 图6液压抬棚受载 Fi g .6 Lo ad o Th yd rau l i c l i t i n g sh ed 图7切顶卸压沿空留巷效果 Fi g .7 ETec t o Tg o b-si d een t ryret ai n i n g byc uti n g ro o Tt o rel easepressu re 从图5图7可以看出 1 监测期间，工作面留巷两帮移近量为200〜 250 mm,平均为225 mm；顶板绝对下沉量为70〜 120 mm,平均为95 mm。留巷两帮收缩量与顶板下 沉量符合巷道断面变 求。另外, 压自动 成巷后23 d ,留巷表面变形趋 定，表明工作面推 进80 m左右，留巷进入稳定区。 2 留巷里 压抬棚受载随着工作面的 推进持续增加，至工作面后方55 m 到 ，之 后基本趋于稳定，液压抬棚的最大工作阻力为 35 MPa,平均工作阻力为33 MPa,符合沿空留巷对 围岩的支护要求。 4切顶卸压沿空留巷经济效益分析切顶卸压沿空留巷经济效益分析 19022运输巷切顶卸压沿空留巷会增加巷道支 护成本，但 少掘1条回风巷，且不留设保护煤 。所以，沿空留巷 济效益少掘巷道节约成 本煤 济效益一 留巷增加成本。根 泉 煤矿提供的资料,巷道支护材料成本为3 260元/m, 人工成本为1 034元/m,总支护成本为4 294元/m。 巷道总长度为1 000 m,则少掘巷道节约成本煤 巷 进成本X巷道长度4 294 X 1 000 429. 4万元。保护煤柱宽10 m,平均采高为3. 2 m, 长度为1 000 m,煤体密度为1. 46 t /m3，则，则煤柱储 量为 10X3. 2 X 1 000 X 1. 46 46 720 to 当前煤炭 为600元/t ,则煤柱经济效益煤 量X 煤价 46 720X600 2 803.2万元。切顶卸压沿空 留巷每米增加成本2 650元，则 留巷 成 本 留巷 成本X巷道长度 2 650 X 1 000 265万元。 , 得到 留巷总效 益429.4 2 803. 2 265 2 967. 6 万元，经济效 o 5结论结论 1 基于工作面硬厚顶板的特征，提出适用于 石泉煤矿 裂爆 留巷前 支护的 压 留巷方案。留巷前巷道采用2 i强 度 梁柱抬棚 支护，留巷后巷道采用 结合液压抬棚的补强支护。 2 矿压监测结果表明，留巷两帮移近量与顶 板下沉量 巷道断面变 求，巷道支架支护阻 巷道支护 度 求。 3 经济效益分析结果表明，19022运输巷切 顶卸压沿空留巷 济效益为2 967. 6万元，说明 压 留巷技术方案具备 广应用 。 参考文献References [1 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