金辛达煤矿201胶带顺槽切顶卸压技术的应用研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期技术应用金辛达煤矿2 0 1胶带顺槽切顶卸压技术的应用研究（山西煤炭运销集团金辛达煤业有限公司，山西临汾0 4 10 0 0）摘要：为了改善金辛达煤业的采掘接续紧张以及应力集中现象显著的现状，以及解决薄煤层沿空留巷围岩变形严重的问题，在分析金辛达煤业2 0 1工作面地质概况的基础上，将更优良的聚能预裂切缝技术应用到了金辛达煤矿中2 0 1工作面顺槽切顶卸压施工工艺中，并对实验结果进行效果评价，验证了此设计方案的可行性及经济性，有效提高了煤炭回收率。关键词：能源结构；切顶卸压；沿空留巷；聚能预裂切缝；回收率中图分类号：TD322文献标识码：A0引言巷道安全是煤矿安全系统的重要组成部分，是煤矿实现高产高效生产必不可少的关键因素之一。煤矿巷道是否稳定受矿区地质条件、生产条件、采掘活动等多种因素的影响。切顶卸压技术在煤矿生产过程中得到广泛的应用，金辛达煤业2 0 1工作面通过采取切顶卸压技术，实现了巷道的有效性及持续性，提升了矿井生产的安全系数。1工程地质概况分析井田位于山西省临汾市尧都区枕头乡马家梁一带，行政区划属枕头乡管辖。地理坐标为北纬3 6 100 4 3 6 13 3 7、东经11113 59 111173 2，最高点在井田北西部的山梁，标高1420.5m最低点位于西部西沟村河床，标高118 2.0 m，相对高差2 3 8.50 m，属中山区。2 0 1首采工作面位于2号煤层采区最南部，工作面南侧为原鑫沟煤矿2 10 6工作面采空区，北部为2 0 2 工作面实体煤，西部有2号煤层辅运大巷，东部为井田边界，与晋牛煤业相毗邻，具体工作面布置如图1所示。2 号煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，直接顶板以深灰色砂质泥岩、泥岩为主，老顶多为细粒砂岩,底板多为泥岩，局部伪顶为泥岩。采用综合机械化煤炭开采方式，走向长壁后退式一次采全高，全部垮落法进行顶板管理。煤层平均厚度1.6 m，可采走向长度2 3 10 m，工作面长度2 50 m，实际留巷长度17 50 m，留巷后工作面长度17 0 m，可采储量约10 5万t。设计巷道断面为矩形，宽为4 8 0 0 mm，高为3 0 0 0 mm，如图2 所示。2工作面顺槽切顶卸压方案设计2.1切顶卸压中预裂切缝深度计算随着工作面的回采推进，滞后工作面的矿压也随之显现并加重，导致2 0 1胶带顺槽变形较为严重，并且存在其他潜在的风险,需采用切顶卸压中双向聚能收稿日期：2 0 2 2-0 8-16作者简介：张晓雄（198 9一），男，山西临汾人，毕业于山西煤炭职工联合大学机电一体化专业，专科，助理工程师，主要从事煤矿技术管理工作。山西冶金ShanxiMetallurgy张晓雄胶带运输大巷回风大巷17.8x6300mm锚索间排距2 mx2m1000W型钢带：规格4 50 0 3 0 0 x3mm网片：规格：5钢筋焊接网2.1x1.1 m4.800图2 巷道断面图（未标单位：mm）爆破预裂技术 1切断上覆顶板的应力传递以及时卸压，从而使巷道的应力环境得以优化。一般预裂切缝的深度与采高、顶板下沉量与底鼓量有关，通常采取以下方式计算确定：H缝=(H 切-Hi-H 2)/(K-1).式中：H1为顶板下沉量，m;H 2 为底鼓量，m;K为碎胀系数，一般为1.3 1.5,根据顶板岩性,本设计中K取1.4;H切为工作面采高,在不考虑底鼓、顶板下沉的情形状态下，工作面采高平均值取1.6 m。综合分析顶板岩性和金辛达煤业的地质条件及以往施工经验方法，最终确定预裂切缝孔深度H缝=5m。2.2切顶卸压中预裂切缝角度及爆破设计根据以往的现场经验,将2 0 1工作面的切缝孔位置定在距巷帮10 0 mm处，且与铅垂线夹角设定为20，设计孔间距为50 0 mm。双向聚能管采用特制聚能管,特制聚能管外径为4 2 mm,内径为3 6.5mm,管Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.088文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 2 2 2-0 3辅助运输大巷2号楼屋203工作面202工作面2号煤层1750m2号煤层201工作面图12 0 1工作面布置图OS000000100075%560m20 x2200mm螺纹钢锚杆间排距1mx1m20 x2200mm螺纹钢锚杆间排距1mx1m2023年第8 期张晓雄：金辛达煤矿2 0 1胶带顺槽切顶卸压技术的应用研究223长150 0 mm。聚能爆破采用三级煤矿乳化炸药,拟采用炸药规格为32mm300mm/卷，爆破孔口采用专业黄泥炮泥，使用专用设备进行封孔，设定封孔长度应不小于1.5m2。金辛达煤业2 0 1胶带顺槽顶板预裂爆破需至少超前工作面50 m进行预裂切缝实施爆破,后期可根据爆破效果结合试验段取得的参数和矿观测的采动超前压力数据资料，及时调整优化预裂切缝爆破钻孔的参数 3 。2.3临时支护设计方案由于2 0 1工作面顶板垮落可能导致顶板下沉较大，因此距工作面较近的架后区域需要进行顶板支护。经研究确定，金辛达煤业2 0 1胶带顺槽使用单体支柱+铰接顶梁（型梁)实施巷道的临时支护，即为“一梁四柱”,第1列单体支柱距回采煤帮8 0 0 mm，第2 列单体支柱与第1列单体支柱的距离为8 0 0 mm,第3 列单体支柱距第2 列单体支柱的距离亦为8 0 0 mm，即第1列单体支柱距第3 列单体支柱的距离为16 0 0 mm，第4 列单体支柱距第3 列单体支柱的距离为16 0 0 mm，排距设定均为10 0 0 mm。随着工作面的推进，为了防止采空区的石入巷道，影响巷道施工安全和施工进度，对2 0 1胶带顺槽采用钢筋网+可伸缩U型钢的方式进行挡支护，以确保生产安全。2 0 1胶带顺槽支护如图3 所示。图3 2 0 1胶带顺槽支护图3施工过程设计3.1工作面顺槽切顶卸压施工参数设计切顶卸压技术首先是对2 0 1工作面超前段进行预裂切缝施工，具体参数为：切缝孔间距50 0 mm、深度5m、角度2 0，必要时长短孔间隔布置，短孔仅在深度上有所区别,正常情况下只施工长孔。根据现场实际实验的爆破参数对2 0 1工作面进行预裂切缝爆破,在整个巷道内按设定位置一次性地完成切缝施工。3.2施工工艺要求3.2.1顶板预裂爆破钻孔施工使用专门设计的CMS1-1200/22（A 型）型顶板预裂爆破施工钻机进行施工作业，施工工序及主要工艺流程为：按照金辛达煤业2 0 1胶带顺槽设计要求为施工基本准则,并严格实施落实，以2 0 1胶带顺槽巷道中线为基准点，沿采煤侧巷道顶板准确无误标识出每个钻孔位置，并将钻孔表面严格布置在一条直线之上；使钻杆与水平面成7 0，且标注位置以准确定位施工；在施工中要是用直径4 8 mm的专用钻头，钻孔间距50 0 mm，严格按照2 0 1胶带顺槽规程措施精准操作钻机进行钻孔作业，钻孔后及时对其进行检查，以确保成孔质量。3.2.2顶板预裂切缝爆破施工工艺要求爆破方法采用聚能拉张切缝（已获申请专利),首先需对顶板进行预裂爆破施工试验 4-6 ,并对现场爆破结果进行分析论证，确定预裂爆破的最优参数,爆破施工工序流程如下：在爆破钻孔内安设BTC-1500型有v形聚能槽的特制聚能管,聚能管管长为150 0 mm，内径为3 6.5mm,外径为4 2 mm，必须确保聚能管被插人爆破孔的孔底；而后将矿用三级乳化炸药放置在聚能管内，装药结构、装药量根据试验结果进行确定，爆破药包规格为长外径=3 0 0 mm32mm；爆破钻孔孔口用黄泥封孔，封孔长度为2 0 0 0 mm；爆破后由设计人员及时组织对爆破效果进行检测分析并给出结论，爆破施工必须保证顶板裂缝率大于7 0%，否则视为不合格。4实际施工效果评价以2 0 1工作面顺槽为研究背景,验证前文所设计的切顶卸压方案的可行性、可靠性，并对整个施工工艺工序流程进行效果验证。按照设计方案对2 0 1工作面胶带顺槽展开切顶卸压操作后，经观察和测量，整个顺槽四周的支撑力得到明显提升，来自煤柱开采、顶板等部位的压力也得到有力且均匀地分散,缓解了工作面中承受的超前压力集中现象,将顶板的应力传递切断后，解决了工作面顺槽的顶板下沉、底鼓、片帮等现象，工作面中作业车辆也能正常通过 8 。2 0 1胶带顺槽现场恒阻锚索效果图如图4 所示。图4 2 0 1胶带顺槽现场恒阻锚索效果图分析现场数据证明,采用该切顶卸压技术后，2 0 1胶带顺槽0 3 0 0 m顶底板稳定，顶板最终下沉量在180300mm，底鼓量在10 0 150 mm，验证了此设计方案的可行性及经济性，说明该切顶卸压技术对临近巷道起到卸压作用，大大减少了顶底板及巷道两帮的变形,工作效率也提高了约3 0%。同时,切顶卸压技术在金辛达煤矿中的应用，有效增加了煤炭回收率，提高了矿井经济效益，对金辛达煤业的可持续发展有着山西冶金224E-mail:第4 6 卷重大意义。5结语切顶卸压技术的不断优化与改进是改善井下施工的安全性及提高作业效率的重要途径，是预防工作面各种突发事故发生的手段，是现代化矿井开采的焦点问题。在科学、有根据、经实践证明的基础上改进切顶卸压方案设计是提高总体施工效率、降低采掘比的关键。为此,在分析2 0 1工作面地质概况基础上，将更优良的切顶卸压预裂切缝技术应用到了金辛达煤矿中2 0 1工作面顺槽中,有效解决了2 0 1工作面顺槽的顶板下沉、底鼓及围岩变形等实际问题，验证了此设计方案的可行性及经济性，有效提高了煤炭回收率，同时该设计有着深远的推广意义。参考文献1朱珍,何满潮，王琦，等.柠条塔煤矿自动成巷无煤柱开采新方法Application Research of 201 Belt Cutting and Roof Pressure Relief Technology in Jinxinda(shanxi Coal Transportation and Marketing Group Jinxinda Coal Industry Co.,Ltd.,Linfen Shanxi 041000,Abstract:In order to solve the current situation of tight mining continuity and significant stress concentration in Jinxinda Coal Industry,andthe problem of serious deformation of surrounding rock in thin coal seam gob-side entry retaining.On the basis of analyzing the geologicaloverview of the 201 working face of Jinxinda Coal Mine,the better energy-gathering pre-splitting cutting technology was applied to theconstruction technology of the 20i working face along the groove in the Jinxinda Coal Mine,and the experimental results were compared.Theeffect evaluation is carried out to verify the feasibility and economy of this design scheme,which can effectively improve coal recovery.Key words:energy structure;roof cutting and pressure reliefi gob-side entry retention;energy-forming pre-split slits;recovery rate(上接第 2 2 1页）2)针对本次定向钻孔未勘查区域（钻孔探顶底板分支之间的空隙以及钻孔控制区域范围以东的f76断层），建议在后续回采期间对此区域进行进一步勘查。4结语根据龙泉矿4 2 0 4 工作面前期顺槽揭露断层情况，对工作面实施超前钻探，钻探结果表明，f79、JF 5断层及f75、f 8 1断层是走向相同的贯穿两条巷道的大断层，断层对工作面回采影响较大，通过钻探后确定了断层在工作面内走向位置，为后期工作面安全回采提供了准确的地质资料。Construction Technology of Fault Detection in No.1 Drilling Site of 4204 Working Face(Taiyuan Coal Gasification Longquan Energy Development Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030300,China)Abstract:In order to detect whether the f79,JF5,and f75,f81 faults exposed during tunnel excavation in the 4204 working face ofLongquan mine are connected in the middle of the working face,and to clarify the occurrence factors of the faults,while providing reliablebasis for mining in the working face,it is decided to conduct kilometer ahead drilling on the 4th coal seam.The drilling results indicate thatthe exposed faults f79,JF5,and f75,f81 are large faults with the same strike that run through the two tunnels.Key words:coal mine;kilometer drilling;fault;construction technologyJ.中国矿业大学学报，2 0 19,4 8（1)：4 6-53.2杨东方.坚硬顶板深孔爆破切顶卸压技术的研究与应用 J.山东煤炭科技，2 0 2 1,3 9(10）：6 7-6 9.3崔晓斌.金辛达煤矿中1110 5工作面顺槽中切顶卸压技术的应用研究 J.矿业装备，2 0 2 0（6)：17 2-17 3.4赵俊杰.薄煤层开采坚硬顶板强制放顶工艺的应用 J.能源与节能,2 0 17(7):157-158.5赵小龙，厚煤层切顶卸压与注浆加固联合护巷技术研究与应用J.煤炭与化工,2 0 2 1,4 4(8)：2 1-2 4.6韩玉林.南岭煤矿5号煤层无煤柱开采可行性探讨 J.当代化工研究,2 0 2 1(2 0)：59-6 0.7陈立军.一次采全高综采工作面切顶卸压沿空留巷技术 J.煤炭工程,2 0 2 0,52(8):6 0-6 3.8张连刚，韩甲业.切顶卸压自成巷开采新技术应用研究 J.华北科技学院学报，2 0 2 0,17(6)：8 4-8 7.（编辑：武倩倩）Coal MineZhang XiaoxiongChina)1 闫晓萌.透射槽波方法在中厚煤层隐伏小断层探测中的应用 J.山东煤炭科技，2 0 2 2（10)：17 4-17 5.2常伟琦.深孔定向千米钻机在煤矿探测老空水方面的运用 J.煤炭科技,2 0 19(6)：10 5-10 7.3李晓旭.综合地质勘探方法在麻家梁矿的应用 J.同煤科技，2018(1):24-26.4 孟宪国.煤田钻探超千米钻探施工工艺 J.中国新技术新产品，2010(7):148-149.5 邵泽渠.板集煤矿110 50 4 轨道顺槽BF36断层超前治理技术 J能源技术与管理,2 0 2 2（6)：6 5-6 7.6弓仲标.大柳塔煤矿五盘区DDF2断层构造的探测研究 J.煤炭科学技术,2 0 2 1(s2):241-246.（编辑：武倩倩）Tan Jian参考文献