井下作业面巷道切顶卸压施工设计探究.pdf

2020 年 5 月2020 年第 5 期 煤矿井下生产中，巷道作为生产运输的唯一通道， 确保其使用时的安全、有效，对于保障生产持续有效 进行意义重大，是矿井综合效益有效增加的重要助推 力[1-2]。但随着矿井回采深度的不断增加，井下生产所 面对的地质环境越发复杂多变，因此，采取针对性举 措对巷道进行有效管护，对于实现巷道的长时间使用 和生产持续高效开展意义重大。 1工程概述 A 矿 11103 工作面北部是 11105 掘进工作面，煤柱 30 m；南部是 11102 工作面采空区，煤柱 30 m；东部 是井田边界 （ 与晋牛煤业相毗邻 ） ，西部是北辅运大巷 工作面。工作面可采走向长度为 1 850 m，开切眼长 230 m，倾角 5毅耀7毅，主采 11煤层，煤层厚度介于 4.1耀5.8 m，平均厚度 4.7 m，结构简单，层位稳定。煤 层顶板为 K2 石灰岩，岩性深灰色原灰色，中厚层状， 质坚硬，性脆，含燧石结核，整体强度较大，稳定性 好，容易管理。局部伪顶为泥质灰岩，开采时易冒落, 给顶板管理带来一定困难。煤层底板多为泥岩，岩性 灰黑色，性脆，遇水易软化，易发生底鼓现象 （顶面 来压时 ） ，但隔水性能好，较易管理。 11103 工作面位于 A 矿井下一采区，采用走向长壁 综采放顶煤采煤方法、全部垮落法管理顶板[3-4]。整个 工作面沿煤层走向布置，胶带巷道和辅运巷道均为单 巷掘进。胶带巷道和辅运巷道方位为 49毅39忆，切眼与两 巷道垂直，方位 319毅39忆。胶带巷道担负工作面进风和 运煤功能，辅运巷道担负工作面回风和辅助运输功能。 由于 11103 工作面基本顶坚硬不易垮落，工作面回 采后矿压显现情况随之加重，导致 11105 辅运巷道严重 变形，且存在很多风险。为确保生产安全，需针对辅运 巷道进行切顶爆破卸压，以改善巷道应力环境。综合考 虑，设计选用双向聚能爆破预裂技术对顶板进行切断、 卸压，使巷道处于应力卸载区，提升巷道安全。 2切顶卸压爆破施工设计 2.1双向聚能爆破预裂技术 双向聚能爆破预裂技术概指，将特定的炸药装至 2 个具备聚能效果的定向装置中。如此一来，引燃炸药 后，爆破孔在非指定方向上受力均匀，在指定方向上集 中受拉；再加之岩石具有抗压怕拉的特点，从而实现了 被爆破岩体按照设定方向拉裂成型。 2.2辅运巷道切顶方案设计 11103 工作面开采的是 11煤层，其顶板上方有平 均 10.24 m 的 K2 岩层，较为坚硬，工作面推进过后不 易及时垮落，导致顶板来压剧烈，底鼓现象严重。因 此，在辅运巷道超前段进行切顶，以减小来压，实现顶 板的及时垮落。 预裂切缝深度 （ H缝） 临界设计公式如下，即 H缝H采-驻H1-驻H2/K-1，1 式1中，H缝为预裂切缝深度，m；H采为来压后顶板切缝 深度，m；驻H1为顶板下沉量，m；驻H2为底鼓量，m； K 为碎胀系数，取 1.3耀1.5，由于上覆岩层为石灰岩， 强度较高，本次取 1.5。 11103 综放工作面辅运巷道底鼓现象严重，最大底 收稿日期2020-03-10 作者简介乔斌，1988年生，男，山西五台人，2018年毕业于太 原理工大学矿业工程专业，助理工程师。 井下作业面巷道切顶卸压施工设计探究 乔斌 （ 山西焦煤集团有限责任公司西山煤电杜儿坪煤矿，山西 太原 030022 ） 摘要 以井下作业面巷道切顶卸压施工设计为对象开展探究，结合具体工程实际，从切顶卸压爆破施工设计和爆破 施工分析两个角度，对切顶卸压技术的全面应用进行总结分析，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。 关键词 矿井；切顶卸压；施工设计；施工分析 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 2095-0802-202005-0085-02 Research on the Construction Design of Top Cutting and Pressure Relief of the Roadway in Underground Working Face QIAO Bin Duerping Coal Mine, Xishan Coal Electricity Group Co., Ltd., Shanxi Coking Coal Group Co., Ltd., Taiyuan 030022, Shanxi, China Abstract This paper took the construction design of top cutting and pressure relief of the roadway in underground working face as the object to explore. Combined with the actual engineering, from the two aspects of the top cutting and pressure relief blasting construction design and the blasting construction analysis, the comprehensive application of the top cutting and pressure relief technology was summarized and analyzed, hoping to provide reference for other similar projects. Key words mine; top cutting and pressure relief; construction design; construction analysis （总第 176 期） 技术研究 85 2020 年第 5 期2020 年 5 月 鼓量可达到 1.3 m，因此，驻H2取 1.0 m；工作面采高 6 m，计算得出切缝深度为 10 m，切缝角度为 10毅，间 距为 800 mm。 在正式进行巷道顶部的预裂爆破作业前，应首先 结合设计的爆破作业方案开展单孔预爆破试验[5]。通过 试验对爆破作业的装药量及封泥长度等参数予以确定。 在此基础上，应当再进行间隔爆破作业，通过相邻爆 破孔爆炸后内部裂纹发育情况对 1 次爆破孔数和爆破 方式等予以确定。表 1 即为巷道顶部预裂爆破试验方 案统计表，图 1 为爆破方案布设示意图。 表 1辅运巷道顶部预裂爆破试验方案 图 1爆破方案布设示意图 2.3辅运巷道顶板预裂切缝补充设计 由于 11103 工作面巷道顶板上覆 K2 岩层较为坚硬 且厚，当支架后方采空区悬顶距离过大或者采空区垮 落矸石块度较大时，为切断砂岩顶板的应力传递，使 砂岩顶板顺利垮落，避免出现较长悬顶和顶板较大下 沉的情况，应在原顶板预裂钻孔的基础上进一步采取 长短孔间隔爆破，短孔是为了配合预裂切缝孔 （长 孔 ） ，将长孔的封泥段进行爆破，使顶板在经过长短孔 爆破后充分碎裂，进而顺利垮落。在此情况下，短孔 深度设计为 5.0 m，角度为 10毅，间距为 800 mm，与长 孔间隔布置。这时，短孔布置情况如图 2 所示。在施工 过程中，如果出现问题，按照现场情况调整设计方案， 理论与实际相结合，做到安全有效施工。 3顶板切顶卸压爆破施工分析 顶板的预裂切缝爆破作业选用聚能拉张切缝爆破 法，按照设计方案，在对顶板进行单孔和多孔的预裂 爆破试验后，确定最终的爆破作业参数，从而正式施 工。正式施工流程如下 a 顶板爆破孔布设完成后，在孔内装入型号为 BTC-1500 的聚能管，该聚能管外 （内） 径为 42 mm （ 36.5 mm ） ，管长 1 500 mm，聚能管安装应直插孔底。 b 完成聚能管布设后，在聚能管内装填三级乳化 炸药，具体装药量结合生产实际确定，药包为圆柱形， 直径 35 mm，长 200 mm。各爆破孔装药前，应依照设 计参数自孔底连续装药，并配设相应的引线和雷管。 c 爆破孔封孔作业选用水炮泥进行，封孔长度不 小于 4 000 mm。 d 依照矿井施工安全规定对爆破作业距离进行设 定，并依规组织实施爆破工作。 e 爆破完成后，应当由专业技术人员对爆破成效 进行监测分析，只有确保顶板裂隙率达到 75以上， 方能视为完成预裂爆破作业。 图 2短孔布置情况 4结语 切顶卸压护巷技术应用于 A 矿 11103 工作面辅运 巷道中，巷道使用中的围岩移动变形明显减小，巷道 维护成本降低的同时巷道使用年限增加，获得了良好 的经济效益。有鉴于此，矿井管理者在今后工作中更 要注重对巷道的施工管理，安排专业人员，结合生产 实际，制订有针对性的巷道管护方案，从而最大程度 提升巷道使用周期和运行安全，为矿井长久可持续发 展提供保障。 参考文献 ［1］ 于亦飞， 刘忠平， 雷平博， 等.综放工作面沿空留巷超前预裂切 顶卸压技术研究 ［J］ .煤， 2019， 2811 28-30. ［2］ 李如波， 翟俨伟， 涂兴子， 等.深井软岩巷道底板卸压钢丝绳网锚 注支护技术研究 ［J］ .河南理工大学学报自然科学版， 20201 1-9. ［3］ 吴晓伟.临空巷道顶板卸压技术研究与应用 ［J］ .山西冶金， 2019， 425 54-56. ［4］ 梁兆飞， 王华伟， 门会理.灰岩顶板切顶卸压技术研究及应用 ［J］ . 科学技术创新， 201929 67-68. ［5］ 张亮.综放工作面超前定向预裂切顶卸压技术研究 ［J］ .煤， 2019， 289 9-11. （ 责任编辑白洁 ） 800800 单孔爆破 装药孔 窥视孔 空孔 间隔爆破 800800800 连孔爆破 800800 方案一方案二 编号 聚能管 长/m 装药量/卷 封泥长 度/m 编号 聚能管 长/m 装药量/卷 封泥长 度/m 11.51.544221.51.5552 单位mm 500500 500500 单孔爆破 装药孔 窥视孔空孔 间隔爆破 500500500 连孔爆破 单位mm 86