急倾斜煤层巷道放顶煤开采放煤巷道的布置.pdf

第 2 6 卷第 6 期 2 O O 7年 6月 煤炭技术 C o a l Te c h n o l o Vo 1 2 5，No 6 J u n，2 O 0 7 急倾斜煤层巷道放顶煤开采放煤巷道的布置 李东明 ，赵伏军(1 湖南省煤业集团公司 湘潭矿业公司，湖南 湘潭 4 1 1 2 3 1；2 湖南科技大学 能源与安全工程学院，湖南 湘潭 4 1 1 2 0 1)摘要：巷道放顶煤法是改I 急倾斜煤层开采技术的 1 种新采煤方法。放煤巷道的设计是应用该方法的关键技术 之一。文章从巷道的层位选择、断面设计及支护形式等方面对放煤巷道的设计进行了较详细的分析，并介绍了试 验矿井的应用效果，为急倾斜煤层矿井推广应用巷道放顶煤法提供了经验。关键词：急倾斜煤层；巷道放顶煤法；巷道布置 中图分类号：T D 8 2 3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 8 8 7 2 5(2 0 o 7)0 6 0 0 5 1 0 3 Lo c a t i o n o f Ro a d wa y Ca v i n g To p Co a l i n S t e e p S e a m L I Do n gmi n x ，Z HAO F ui H I 1 (1 X i a n g t a n M i n i n g I n d u s t r y C o m p ，H u n a n C o a l I n d y G r o u p 印 ，L i m i t e d，X i a n g t a n 4 1 1 2 3 1，C h i n a；2 C o e g e o f E n e r g y a n d S a f e t y E n g i n e e n n g。Hu n a n U n i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y。X i ang t a n4 1 1 20 1，C h i n a)Ab s t r a c t：T h e me t h o d o f t o p c o a l c a v i n g i n r o a d w a y s i s a n e w mi n i n g t e c h n o l o g y i n s t e e p s e a ms d e s i g n of c a v i n g r o a d w a y i s a n e ff e c t i v e w a y t o U S e the me thod Th e p l a c e，s e c t i o n a n d s u p p o r t of c a v i n g r o a d w a y a l e a n a l y s e d r I 1 1 e i r a p p l i c a t i o n e ff e c t i s i n t r o d u c e d i n the t e s t mi n e，w h i c h p r o vid e s the e x p e r i e n c e f o r a p p l y i n g thi s n e w mi n i n g me tho d i n s t e e p s e a I i S Ke y wo r d s：s t e e p s e a m；t o p c o al c a v i n g i n roa d w a y s；l o c a t i o n of r o a dw a y 1 巷道放顶煤采煤法简介 所谓巷道放顶煤采煤法，指的是在煤层顶底板 比较稳定的开采区内，沿煤层的倾斜方向按一定的 标高(1 5 2 5 m)将煤层划分成若干个区段。在每个 区段的底部沿煤层顶板布置一条水平放煤巷道，然 埋2趟抽排管，压茬距离为 5 m，每隔 2 0 m掐管交替 抽放，减少采空区瓦斯向上隅角涌出。(5)高位钻场抽放。在工作面风巷每隔 5 0 m施 工一个高位钻场，每一钻场施工 6 个高位钻孔(,9 1 n lm)，终孔位于裂隙带(距底板 1 5 2 0 m)，采用高位 钻孔抽放采空区内瓦斯，从而减少采空区瓦斯 向上 隅角涌出。5 2 自燃防治技术 5 2 1 巷道掘进期 间高冒区的防火技术 放顶煤开采时，巷道沿煤层底板布置，巷道上部 为极软的煤层，因此在巷道掘进期间，易发生煤顶冒 落，为此必须加强掘进过程中对巷道的支护和管理，同时对于发生的冒顶 区必须采取及时的防治措施。(1)预测预报。及时探测高冒区，向冒高区内打 入钢管，及时掌握冒高区内气体和温度变化情况。(2)喷浆堵漏。对冒高区前后 5 m巷道进行全 封闭喷浆，减少向冒高区内漏风供氧。(3)注凝胶。采用气动注胶泵向冒高区内注凝 胶，充填冒高区，凝胶原料为水、小苏打、水玻璃，水 与小苏打按 1 0：1 进行配比；水与水玻璃按 6：1 进行 配 比。5 2 2 回采期间采空区防火技术(1)埋管灌浆。从风巷埋双趟灌浆管路，向采空 区灌浆，加大灌浆量和灌浆密度，提高灌浆质量。(2)老塘角注凝胶。用气动注胶泵，从工作面老 塘角注入凝胶，堵塞采空区漏风通道。5 2 3综合 防 火措施 运 用 (1)预测预报。一是在工作面开切眼预埋简易束 管，二是从架间向采空区打撞管，定期从束管和撞管内 取样化验，随时掌握采空区内气体成份变化隋况。(2)注氮。工作面回采前从机巷预埋注氮管，调整 支架期间用煤电钻从架间向采空区内打孔下套管，连 上机巷注氮管，利用注氮机同时向采空区内注氮。(3)封堵漏风通道。采用气动注浆泵，对工作面 上、下隅角注入罗克休进行封堵。(4)注三相泡沫。利用风巷预埋灌浆管向采空 区内注三相泡沫，原料：泥浆(水土 比为 4：1)、三相 发泡剂、氮气。6 结论 经过现场工业试验，逐步解决了相关的技术难 题，已经开发出了极软特厚、高瓦斯且有突出危险、易燃、地质构造复杂煤层高产高效的综放开采技术，产量和 回收率均 已经 达预定 目标，其 中产量 已达 1 0 8万 t M，工作 面直接成本较分层炮采降低了 1 7 9 2 3 元 t，比轻型支架放顶煤开采降低了 1 8 7 6 元 t。在 8 7 3 工作面的试验研究中，已增收节支 7 0 7 1 万元，该项技术在朱仙庄矿全面推广应用，可增收节 支 1 0 7 5 3 8 万元，经济效益巨大，极大地改善了工人 作业环境和安全条件。目前淮北矿业集团公司尚有 3 8 亿 t 的厚煤层中可推广应用该项技术，其潜在效 益达6 8 1 亿元，经济效益及社会效益显著。收稿 日期：2 0 0 7 一O 1 1 0；修 订 日期：2 0 0 7 0 4 1 8 基金项 目：国家安全生产监督总局(o 5 2 9 6)作者简介：李东明(1 9 6 5 一)，男，湖南湘潭人，工程师，1 9 8 6年毕业于湖南煤炭工业学校，2 0 0 3 年毕业于湖南科技大学函授采矿 程专业，现任湖南省煤业集团湘潭矿业公司副总经理。维普资讯 http:/ 5 2 煤炭技术 第 2 6 卷 后沿放煤巷道的下 帮均匀布置放煤小眼，在小眼 内 进行松动爆破，使一定高度的顶煤松散放出，上部的 顶煤在矿山压力的作用下也 自行垮落，从放煤小眼 中放出。各区段 自上而下使用该方法回采，其回采 工艺分初采、正常回采和终采。初采指的是采用钻 爆技术将一定范围内的煤体破碎，同时放出少量顶 煤，为正常回采作准备；正常回采是采取多轮多口均 衡放煤方式放煤；终采是 回撤输送机和支架并 回收 支架上的余煤。急倾斜煤层巷道放顶煤系统如图 1 所示。5 图 1 急倾斜煤层巷道放顶煤法开采系统 1 放煤巷道2 放煤小眼3 初采空 间4 顶煤5 运输石 门 6 回风石 门 2 放煤巷道 的布置 放煤巷道是巷道放顶煤采煤 的咽喉要道，它担 负着运煤、行人、通风、运料等任务，是所有采煤人员 的工作场所，并且 以沿空留巷方式服务完整个区段。因此，合理布置放煤巷道是该采煤方法 的关键所在，对于方法的成功起着十分重要的作用。根据开采煤 层 的赋存特征和放煤巷道 的作用、功能，放煤巷道布 置方案有很多。巷道布置方案如图 2所示。l=|I 恩：曼 一-(口 图 2 放 煤巷道布置方案图(1)煤层底板且贴煤布置岩巷的方式(图 2 a)。巷道围岩较稳定，同时不受上方冒落煤、矸的冲击，巷道好维护；放煤 口布置在巷道的侧帮，易于实现低 位放煤，且能形成 连续放煤 口，有利 于控制顶煤，但 岩巷施工困难。对于倾 角大的煤层，破坏 了底板岩 层的完整性，不利于岩层控制。(2)煤层中布置巷道的方式(图 2 b)。沿煤层顶 板布置，掘进较容易，掘进 费用较低；放煤 口安放在 支架靠底板侧，且布置一个放煤眼，能实现低位多口 均衡放煤；能处理放煤过程中出现的问题(如大矸堵 口、顶煤的二次成拱等)，但易受上方冒落煤矸的冲 击及放煤过程中的动压影响。(3)煤层顶板岩石 中的布置方式(图 2 e)。顶板 岩巷能实现低位多 口均衡放煤；能处理放煤 过程 中 出现的问题(如大矸堵口、顶煤的二次成拱等)；但易 受上方冒落煤矸的冲击及放煤过程中的动压影响；破坏了顶板岩层的完整性，不利于采空区的岩层控 制；掘进难度大，掘进费用高。(4)半煤岩巷布置方式(图 2 d)。这种布置方式 具有全底板岩巷的优点，同时也解决了巷道施工中 经常揭煤的问题；但半煤岩巷掘进工序复杂，且成巷 较困难。(5)全煤斜巷联系的布置方式(图2 e)，将放煤 巷道提高一个标高，放煤生产与其它工序分开，有利 于运煤巷道的维护和生产的正常进行，还有探煤 的 作用；但多掘进一条巷道，掘进率高、成本增加；顶煤 放 出后运输机增加；全煤巷道 的维护工作量大。(6)半煤斜巷联系的双巷布置方式(图 2 f)。将运 煤 的巷道布置在岩层中，既有利于本区段生产的正常 运行，又有利于下区段回风用；煤层巷道根据巷道准备 程度和生产进度，可一次掘出，也可分段掘出，可以起 到探煤的作用，但整个巷道的施工成本增加。(7)石门联系的煤岩巷道布置方式(图 2 g)。将 放煤作业的巷道布置在煤层 内，运输巷道布置在底 板岩层 内，且在 同一水平 内，两条巷道用石 门联系，煤巷能起工作面开切 眼的作用，且煤巷超前 岩巷施 工，能解决岩巷定向问题。运煤的巷道布置在岩层 中，既有利于本区段生产的正常运行，又有利于下区 段回风；但运输环节多，增加了运输设备；巷道的施 工成本高；3 q 能形成连续放煤 口，脊背煤损增大。综上所述，为减少巷道的工程量，节约巷道的施 工成本，在单一中厚煤层的条件下，单巷优于双巷；为避免巷道掘进 时的揭煤，煤层巷道和半煤 岩巷优 于顶、底板巷道。由此可见，煤层 中布置巷道的方式 和半煤岩巷布置方式均可取。从放煤 口布置、巷道 维护、放煤作业及放煤过程中的堵 口和顶煤不冒落 等问题的处理，以及通风安全等方面考虑，煤层巷道 布置方式优于半煤岩巷布置方式。半煤岩巷布置方 式的问题在于半煤岩巷掘进施工工序复杂，成巷困 难。对于煤层 中布置巷道的方式，通过改进巷道支护 结构且实现支护结构的整体化，巷道的维护状况能得 到改善。从实现放顶煤工艺来看，煤层中布置巷道的 方式(贴顶板布置)很容易实现放顶煤工艺，将壁式放 顶煤工艺转化为巷道放顶煤工艺，这是在急倾斜 中厚 一厚煤层实现放顶煤工艺的技术关键之一。以上巷道布置方式中，对于单一簿、中厚一厚煤 层，一般采用单巷布置较经济。而对于单一厚一特 厚煤层，由于巷道放顶煤工艺的局限性，为发挥放顶 煤的优越性，在巷道布置上采用双巷布置形式，从巷 道的施工成本、巷道维护、放煤作业及放煤过程 中的 堵口和顶煤不冒落等问题的处理，以及顶煤下放后 的运输等方 面考虑，全煤斜巷联 系的布置方 式(图 维普资讯 http:/ 第 6 期 李东明，等：急倾斜煤层巷道放顶煤开采放煤巷道的布置 5 3 2 e)可 以优先考虑。3 放煤巷道断面及支护设计 3 1 断面设计 断面设计必须满足行人、通风、放煤操作的要 求。设计时要预留变形空间，充分保证作业空间。巷道断面积可根据下式确定：S=Q C K 6 0 v 式中 s 巷道净面积，；p 日产量，tY d；巷道内允许的最大风速，规程规定回 采巷道内为4 m s；c 生产 1 t 所需的风量，m 3 s，高瓦斯矿 井中为 1 5 m 3 s；一风量备用系数(包括瓦斯涌 出不均衡、巷道漏风等因素)，般为1 1 5 1 4 5。断面形状可设计 为梯形 断面，也可设计为拱形 断面。梯形断面架设梯形可缩支架，具有抗侧压和 水平推力强的特点，这种断面及支护适用于顶压小、侧压大的放煤巷道；拱形断面架设拱形可缩支架，具 有承载能力强、可缩量大、能较好地适应放煤巷道的 承压变形的特点。3 2 支护设计 放煤巷道的支护设计一是要保证支架具有一定 的强度，二是要保证支护系统的整体性。强度设计 应与加固围岩、提高围岩 自承能力相结合，使支架的 形式、结构和力学特性与巷道围岩的变形情况相适 应。由于放煤巷道服务时间不长，一般在 23 M时 间，加固围岩的办法可就地取材，采用竹(木)锚杆等 加固方法，以节约巷道成本。支架形式可采用 U型 钢和矿用工字钢两种。U型可缩支架垂直可缩量较 大，可达 1 0 3 5，承载能力较大，工作阻力较 小，整体性较好，但横向变形较小，护顶性能较差，不 利于放煤小眼稳定。而矿用工字钢梯形刚性支架护 顶性好，有利于放煤小眼稳定，但支架不可缩，承载 能力较小，变形量小，整体性较差，与可缩支架相比，在使用效果上具有明显的劣势。由于刚性支架成本 较低、加工简单、架设方便、零配件少，因此，很多矿 井仍使用这种支架。在急倾斜巷道放顶煤开采中，放煤巷道易受到松散顶煤的流动动压作用，特别在 开采深度较大的情况下，放煤巷道的水平变形往往 较大，而 u形支架的侧向承载力低，当巷道侧压较 大时，往往使巷道变成马蹄形断面。因此，u形支架 的设计应具有适 当的梯形斜角。放煤巷道的整体化设计主要是指加强支架之间 的连接。支架与支架之间应设拉杆、撑木，并且拉 杆、撑木要有一定的强度要求，其数量也要符合整体 性要求。腿必须穿鞋或垫木梁，防止支架插底。顶 部和放煤侧帮用笆片和木板满顶满帮背严，不留空 隙，特别是棚腿放煤口上部的背板应绑牢在支架上，以免窜矸、窜煤，影响巷道的稳定性。4 应用实例 梅田矿务局红星六井巷道放煤顶试验区域斜长 2 7 m，沿倾斜方向划分为 2 个区段。第一区段+2 0 m，第二区段+6 m，在充分利用北七采区已有采准 巷道基础上，在 0 m水平运输大巷作南、北、中 3 条石门，在石门内掘反上山至+2 0 m水平见煤，在 煤层内掘水平放煤巷道与反上山直接联系，构成第 一区段；三条石门处直接掘放煤巷道贯通，构成第二 区段。以中石门为界，南、北两冀各为一个单元，进 行放顶煤回采。先采上区段，后采下区段，依次进 行。为解决通风 问题，在 中石 门处掘联络巷与原有 溜矸眼连通；巷道放顶煤采煤法采准系统十分简单，如图 3 所示。放煤巷道支护材料及方式：原设计采 用 l 1 矿用工字钢作梯形支架，由于材料供应不上，在巷道的不同地段采用了3 种不同的支护方式：(1)1 5 k g m钢轨刚性梯形支架，设拉杆 3 根，撑 木 3 根，架间距为 6 0 0 n u n；(2)9 矿用工字钢刚性梯形支架，设拉杆 3 根，撑木 3 根，架间距为 6 0 0 n u n；(3)1 8 U型钢拱形可缩支架(复用)，设撑木 3 条，架 间距 5 0 0 ff l I n o 图3 梅 田六矿巷道放顶煤采煤法采区巷道布置 1 0 m水平底板大巷2 采区上山(回风)3 溜矸眼4 南石门 5 南反上山6 +2 0 1 1 1 放煤巷道(沿煤层顶板)7 中石门8 中反上山9 北石门 1 O 北反上山l 1 +7 n l 放煤巷道(沿煤层 顶板)该试验区各单元放煤巷道的位置、支护方式与 支护效果如表 1 所示。巷道围护状况如表 2 所示。表 1 放煤巷道位置、支护方式与维护及放煤效果表 架形 梯形刚性支架 梯形刚性支架 拱形可缩性支架 拱形可缩性支架。型 号 1 5 m 旧 轨 9 号 矿 工 钢 1 8 U 型 钢 1 8 u 型 钢 夏 可缩量：1 0 0-可缩量：1 0 0 可缩量：3 0 o一 可缩量：3 0 o 一 架主要力学 2 0 0 m 2 0 0 m 4 0 o m m 4 0 o n ln l 特性 承载能力较小 承载能力较小 承载 能力较大 承载能力较大 支架稳定性差 维普资讯 http:/ 第2 6 卷第6 期 2 0 O 7 年 6 月 煤炭技术 C o al T e c h n o l o g y V0 1 2 6 No 6 J u n，2 0 O 7 深孔松动爆破在预防掘进工作面煤与瓦斯突出中的应用 徐书谦，李敏(河南省铁生沟煤矿，河南 巩义 4 5 1 2 7 4)摘要：介绍了在掘进工作面应用深孔松动爆破技术预防煤与瓦斯突出的实施情况，并对应用效果进行了分析。关键词：深孔松动爆破；煤与瓦斯突出；掘进工作面；炮眼 中圈分类号：1 D 2 3 5 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 8 8 7 2 5(2 0 c r 7)0 6 0 0 5 4 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Lo n g h o l e S h o c k Bl a s t i n g T e c h n o l o g y i n Dr i v i n g F a c e XU S h uq i a n，L I Mi n (T e s h e n g g o u C o a l Mi n e o f H e n a n P r o v i n c e-C o n s y i 4 5 1 2 7 4 C h i n a)Ab s t r a c t：T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e s i t u a t i o n o f u s i n g the l o n g h o l e s h o c k b l a s t i n g t e c h n o l o g y t o p r e v e n t g a s a n d c o a l o u t b u r s t i n d r i v i n g f a c e，an al y z e s the a p p l i c a t i o n r e s u l t Ke y wo r d s：l o n g h o l e s h o c k b l a s t i n g；g as and c o al o u t b u r s t；d r i v i n g f a c e；s h o t h o l e O 概述 煤与瓦斯突出是井下采掘活动诱发的极其复杂 瓦斯动力现象，制约因素很多。总的看来，煤与瓦斯 突出是在强大的地应力、瓦斯压力的共同作用下，采 掘工作面附近的煤岩体及人工支护发生突然脆性裂 变 的结果。铁生沟煤矿为高瓦斯矿井，有煤与瓦斯 突出危 险，所采煤层为石炭一二叠纪的二，二 煤，埋藏深 度 1 5 0 5 8 0 I n，煤厚 1 5 8 6 I n，平均 4 6 m，煤层倾 角 1 O 5。，顶底板均有波状起伏，对掘进、回采都有一 定 的影响。煤质为优质无烟煤。煤层及顶底板情况 如 图 1 所示。表 2 巷道围护状况表 件 眺 支架变形率 巷 支架完整性 护 断 面 缩 小 率 状 况 显现程度 维 修 情 况 o o 侧 2 7 2 3 5(5 O 2 0 8 0 2 7 腿及梁1 0 0 ，另一侧 ，卡缆没有拧 、梁 紧)差 较完整 好 好 大 中 小 中 维 堡 局 篓 极 少 量 维 修 极 少 量 维 修 二 次 清 底 一 次 清 底 况 粟 瓤 嫩 靠 岩层厚度 柱状图 岩石名称 岩性描述 m 有裂隙，局部 4l 0 8 砂质泥岩 含有水-15 3 4 炭质泥岩 破碎，易冒落-黑色，粉末状 15 8 6 二 1 煤 或土块状 富含黄铁矿、38 3 砂质泥岩 菱铁矿结核 图 1 煤层及顶底板柱状圈 2 0 0 2 年转入下部开采以后，煤与瓦斯突出越来 越大，成为矿井安全生产的主要危险之一。曾发生 过掘进工作面瓦斯大量涌 出燃烧事故，当场烧伤 1 7 人，紧临的上庄煤矿也曾出现过煤与瓦斯突出等事 5 结论(1)针对现场具体情况因地制宜设计放煤巷道，确定合理的支护结构参数，克服放煤时动压对巷道 稳定的影响，保持放煤巷道整体的安全稳定性，是实 现巷道放顶煤法的前提和先决条件。(2)放煤巷道承受 的外载荷是经常变化的，特别 在正常放煤期间，压力变化大，因此，在生产中要根 据巷道的维护状况及时修改设计参数，采取相应的 补强措施。(3)实际生产矿井的应用效果表明：放煤巷道沿 煤层顶板单巷布置，采用 u型可缩支架支护，加强 支架间的连接，可确保放煤巷道的整体稳定性，从而 实现安全高效开采急倾斜煤层。收稿 日期：2 0 0 7 一O 1 1 7；修订 日期：2(K r 7 0 4 1 8 作者简介：徐书谦(1 9 6 9 一)，男，河南南阳人，1 9 9 4 年毕业于原焦作矿业学院采矿系，现在河南省铁生沟煤矿生产协调办从事技 术管理工作，Em a i l：x u s h u q i a n 6 9 1 2 6 c o n。维普资讯 http:/