晋城矿区9 sup # _sup 煤层爆破切顶无煤柱留巷技术研究_周晋碧.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-07-02修回日期 2020-07-02 第一作者简介 周晋碧 （1969-） ， 男 （汉族） ， 山西晋城人， 工程师， 现从事煤矿安全工作。 晋城矿区9煤层爆破切顶无煤柱留巷技术研究 周晋碧*1， 赵玮烨 2 （1.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司， 山西 晋城 048000； 2.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司， 山西 晋城 048000） 摘要 为了提高矿井资源回收率、 减少巷道掘进量和出矸率， 苇町煤矿基于9号煤巷道围岩生产地 质条件， 进行无煤柱沿空留巷技术攻关。为提高工作面安全高效回采， 通过技术研究对91310综采 工作面沿空留巷91220进行爆破切顶卸压， 并对顶板采取了 “恒阻锚索补强支护单体柱临时支护 滞后档矸支护” 综合留巷措施， 工作面回采后通过巷道变形、 单体支柱压力监测对比分析得出， 留巷 技术应用效果良好， 取得了显著的经济效益。 关键词 预裂爆破； 恒阻锚索补强； 无煤柱； 沿空留巷 中图分类号 P61 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202101-0180-04 目前， 国内很多矿井采用区段煤柱护巷技术， 存在 矿井资源回收率低、 采掘接替紧张、 上隅角三角区瓦斯 超限、 巷道万吨掘进率高等问题。沿空留巷是一种在 采煤工作面后沿采空区边缘维护和保留原回采巷道的 技术[1-4]， 其显著的优势在于能够提高煤炭采出率、 降低 巷道掘进率、 缓解采掘衔接紧张、 使工作面构成Y型通 风系统， 基于以上优势沿空留巷已经成为科学采矿的 重要发展方向和技术支撑[5-7]。 山西晋煤集团苇町煤矿主要开采沁水煤田9号煤 层， 平均煤厚1.6m， 顺槽巷道多为半煤岩巷， 采用留设 区段煤柱护巷方式， 存在掘进速度慢、 采掘接替紧张、 出矸率高、 成本高、 经济效益低等问题， 同时面临矸石 堆放的环保压力。因此， 无煤柱沿空留巷技术作为消 除煤柱引起的不利影响、 缓解采掘衔接、 提高煤炭资源 回收率、 减少出矸率等有利手段， 成为矿井安全、 高效 开采的主要攻关技术之一[8-10]。 1工程概况 苇町煤矿91310工作面位于矿井九一盘区， 该盘区 东部与苇町村为界， 北部、 南部均以井田边界为界， 西 部与九二盘区相邻。九一盘区东西长1.2km， 南北宽 1.1km， 盘区面积约1.32km2， 地质资源量195.5104t， 设 计可采储量为115.6104t， 设计能力0.60Mt/a， 服务年 限约2年。矿井采用斜井单水平开拓方式， 采用倾向长 壁一次采全高开采方法， 采空区顶板以全部垮落式管 理。 91310工作面采用双巷布置， 工作面南部沿苇町村 保护煤柱布置91219巷， 作为工作面进风兼作胶带巷； 北部布置91220巷作为工作面进风兼辅助运输巷； 东部 布置开切眼， 对晋东南至荆门1000kV特高压线塔基留 设100m保护煤柱。91219巷、 91220巷和切眼均沿9号 煤层底板布置， 采用矩形断面， 两条顺槽为新掘巷道。 91220 巷为 91310 工作面留巷巷道， 留巷长度 170m。 工作面切眼长175m。巷道布置及留巷位置图见图1。 图191310工作面巷道布置及留巷位置图 根据现场取芯、 钻孔窥视结果， 结合矿井钻孔综合 柱状图， 对91310工作面综合柱状图进行绘制， 如图2 所示。依此顶板岩层结构为依据， 进行预裂爆破工艺 参数设计。 2沿空留巷支护技术方案 2.1切顶留巷工艺过程 180 2021年第1期西部探矿工程 切顶卸压留巷施工工艺包括超前采煤工作面的恒 阻大变形锚索补强支护、 预裂爆破、 工作面后方巷旁挡 矸支护、 巷内临时支护等工艺， 各施工工艺顺序为 ① 超前采煤工作面不小于100m， 施工恒阻大变形锚索补 强支护； ②超前工作面使用切缝钻机施工聚能爆破钻 孔， 超前采煤工作面不小于50m， 依次进行预裂爆破， 形成切顶卸压预裂切缝线； ③工作面推进过程中， 紧跟 工作面支架， 按设计位置进行挡矸支护； ④巷旁挡矸支 护安装完成后， 立即进行该断面巷道的临时支护施工。 2.2留巷支护参数设计 为了保证顶板切割效果和周期来压阶段围岩的稳 定性， 在对91220巷预裂爆破切顶前使用恒阻大变形锚 索补强支护。根据巷道目前支护参数、 顶板岩层分布 情况及恒阻锚索支护范围至少超出切缝孔深度1m的 原则， 设计恒阻锚索长度为8.3m， 直径21.8mm。 顶板共打设2列恒阻锚索， 锚索直径为21.8mm， 长 度为8.3m， 第一排恒阻锚索距留巷帮0.6m， 排距1m； 第二排恒阻锚索距第一排恒阻锚索间距 1.3m， 排距 2m； 恒阻锚索全部垂直顶板打设， 托板采用300mm 300mm16mm的平钢板。沿空留巷段恒阻锚索补强 支护如图3所示。 2.3巷道临时支护 根据工作面回采过程中巷道变形监测数据， 将采 面附近区域划分两个阶段 超前支护段 （超前工作面 0～30m） ， 滞后维护段 （架后0～170m） ， 不同阶段采取 针对性的支护措施。①超前支护段 采用单体支柱配 合π型梁以 “一梁三柱” 方式进行超前支护。π型梁长 3.5m， 靠近留巷侧第一列单体柱距回采帮700mm， 与 第二列单体柱间距1.6m， 第二列单体柱与第三列单体 柱间距1.5m， 排距1.0m； ②架后维护区 采用单体柱π 型梁 “一梁四柱” 对顶板进行架后加强支护。即在超前 支护的基础上， 在原第一列和第二列单体柱之间再增 加1列单体支柱， 新增加单体柱位于原第一列和第二列 中间位置排距1.0m； 由于工作面回采长度仅有170m， 临时支护在巷道复用时， 随着相邻的91308工作面回采 逐步回收。 2.4采空区挡矸支护 采空区挡矸支护采用单体液压支柱U型钢可缩 支柱紧压钢筋网进行， 在巷道采面侧帮沿切顶线布置 一列单体支柱， 与U型钢可缩支架交替布置， 单体柱间 距、 U型钢可缩支架间距均为0.5m， 单体柱与U型钢支 架间距为250mm。U型钢内挂钢筋网防止矸石窜入巷 道。架后挡矸支护图如图4所示。 3预裂爆破切顶工艺参数设计 综合井下生产条件、 顶板岩性、 顶板爆破预裂切缝 效果、 打眼速度以及现场爆破参数试验等因素， 确定爆 破切顶参数如图5所示。每排布置1个爆破钻孔， 排距 0.5m， 在距回采帮距离 200mm 位置开孔， 钻孔直径 40mm， 长度7.3m， 仰角15。 采用D型聚能管， 外径28mm， 管长2000mm， 长度 可以根据现场情况而调整。爆破切顶采用矿用三级乳 化炸药， 炸药直径φ32mm， 长 l200mm， 重量 m 200g， 将炸药均匀装在聚能管内， 每孔使用3根聚能管 图291310工作面岩层综合柱状图 图391220巷恒阻锚索补强与临时支护图 181 2021年第1期西部探矿工程 装药， 每根1.5m， 装药长度4.5m， 封孔长度2.5m， 装药 量按0.4kg/m计算， 加上孔底1卷加强药卷， 每孔装药 量约为2kg。见图6。 4留巷效果考察与分析 在沿空留巷内布置矿压监测点， 对巷道变形、 受力 进行监测， 从而对留巷效果进行评价。 根据切顶留巷围岩变形、 单体支柱压力和活柱缩 量监测数据分析， 巷道临空侧受力大于煤柱侧， 巷道围 岩变形以顶板下沉为主， 最大沉降量为155mm， 顶底板 移近量最大为248mm， 两帮最大移近量为294mm， 从 留巷开始至复用结束顶板最大累计沉降量为188mm， 顶底板移近量最大累计为271mm， 两帮最大移近量累 计为307mm， 巷道变形量较小， 满足了下一工作面的使 图491220巷架后挡矸支护图 图5钻孔布置参数示意图 图6沿空留巷现场效果图 用要求。 参考文献 [1]王振军.中厚煤层综采工作面无煤柱回采实践[J].煤炭科技， 2001 （9） 19-20. 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Key wordscoal building；construction site；safety management； strategy （上接第184页） （4） 在疏散现场的人员， 等待救援的过程中， 还应该 定期抽查， 并不断释放遇险的信号， 以方便救援人员能 迅速确定被救援人员的具体位置， 可以及时进行救援。 （5） 涉险人员在等待救援期间， 断水断食， 即使饥饿 难以忍受， 也必须尽可能地克制住自己， 最好不要乱进 食， 如果需要在井中摄取水分， 则尽可能选择相对干净的 水源， 并且使用纱布或衣服进行过滤之后再进行饮用。 （6） 干粮和矿灯必须统一集中分配， 做好长期坚持 的准备。 5研究结论 简而言之， 预防煤矿水害事故是一项艰巨而长期的 任务。大家熟知各类水灾的突水特征， 有助于有效预防 水灾事故的发生。当水灾事故发生时， 采用正确的避灾 措施和处理方法， 可有效防止事故进一步扩大化， 有效 减少人员伤亡与财产损失， 更好地保障矿井安全生产。 参考文献 [1]尹洪亮.煤矿防治水工作主要存在的问题及对策措施[J].能 源与节能，2020533-35. [2]弓美疆.井下工作与防治水结合的必要性探究[J].矿业装备， 2018610-12. [3]孟保林.煤矿水害事故及防治救援措施分析[J].中国高新技 术企业，20171066-68. （上接第182页） [10]李跃华. 综放工作面钻孔断顶沿空留巷技术应用研究[J]. 能源与环保， 2019 （8） 192-196. Study on the Roof Cutting Technology of No Pillar Retain- ing by Blasting in No.9 Coal Seam in Jincheng MiningArea ZHOU Jin-bi1, ZHAO Wei-ye2 Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co., Ltd, Jincheng, Shanxi 048000, China；2.Shanxi Jinmei Group Technology Re- search Institute Co., Ltd, Jincheng Shanxi 048000, China AbstractIn order to improve the recovery rate of mine resources, reduce the amount of roadway excavation and gangue rate, based on the geological conditions of No.9 coal roadway surrounding rock production,Weiting coal mine carried out technical research on gob side entry retaining without coal pillar.In order to improve the safety and high efficiency of the working face, through the technical research, the blasting roof cutting and pressure relief was carried out on the gob side entry retaining 91220 of 91310 fully mechanized working face, and the comprehensive roadway retain- ing measures of “constant resistance anchor cable reinforcement support single column temporary support lagging retaining gangue support“ were adopted.Through the comparative analysis of roadway deation and single pillar pressure monitoring after mining, it shows that the application effect of roadway retaining technology is good, and remarkable economic benefits have been achieved. Key words presplitting blasting； reinforcement of constant resis- tance anchor cable； no coal pillar； gob side entry retaining （上接第187页） （4） 山区作业时必须清除或加固施工区上方的活 石碎块， 并悬挂警示牌提醒作业人员。 2.2.9火灾事故预防措施 （1） 根据施工的具体情况制定消防保卫方案， 建立 健全各项消防安全制度， 严格遵守各项操作规程； （2） 平时加强全体职工安全消防教育， 提高全体职 工安全消防意识； （3） 柴油桶应放置在离机场5m以外的地方， 并清 除周围可燃物， 作业现场要配备充足的消防器材； （4） 施工作业时氧气瓶、 乙炔瓶要与动火点保持 10m的距离， 氧气瓶与乙炔瓶的距离应保持5m以上； （5） 柴油机与塔衣做隔热措施； （6） 切割、 焊接作业时必须清除周围可燃物； （7） 照明灯具与塔衣距离必须大于30mm。 3结束语 钻探施工作业在地勘单位属于危险性较高的行 业， 钻探作业一直是地勘单位安全防护重点之一，必须 采取相应的安全技术和管理措施， 才能预防和避免安 全事故的发生。 190