煤礦定向切頂卸壓沿空留巷施工技術分析范文

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摘要：綜采工作面在回采過程中由于受鄰近采空區(qū)回采壓力影響，致使工作面順槽與相鄰工作面采空區(qū)之間為區(qū)段保護煤柱發(fā)生變形、坍塌等現(xiàn)象，不僅加大了巷道維護難度、維護成本，而且嚴重影響綜采工作面回采效率，甚至發(fā)生煤礦重大安全事故，針對這種技術難題屯蘭礦通過技術研究分析了保護煤柱受采動影響破壞機理，提出了采用定向切頂卸壓技術減小煤柱內的應力集中現(xiàn)象，以及采用沿空留巷技術實現(xiàn)無煤柱開采，提高瓦斯排放效率，實踐證明定向切頂卸壓及沿空留巷施工技術在屯蘭礦應用后取得了顯著的效果。

關鍵詞：綜采工作面；定向切頂卸壓；沿空留巷；應用實踐

1概述

西山煤電集團屯蘭煤礦2號煤層瓦斯涌出量大，綜采工作面在回采過程中經(jīng)常出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，嚴重影響綜采工作面安全生產(chǎn)，傳統(tǒng)的“U”型通風方式無法滿足實際生產(chǎn)需要，對此屯蘭礦提出了沿空留巷的Y型通風方式解決上隅角瓦斯超限問題，如圖1所示。但由于2號煤層埋藏較深（蓋山厚度400m左右），工作面順槽巷道及相鄰工作面的準備巷道在采動影響下變形量較大，給沿空留巷及相鄰巷道維護帶來了巨大的困難，每年要投入幾百萬甚至上千萬的巷道維修費用。屯蘭礦的工作面順槽與相鄰工作面采空區(qū)之間為區(qū)段保護煤柱往往留設30m以上，但經(jīng)過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，順槽在遇到采動影響時，鄰近工作面開采時側向支承壓力和現(xiàn)采工作面超前支承壓力在區(qū)段保護煤柱上方及其周圍出現(xiàn)疊加引起應力集中，從而使得區(qū)段保護煤柱及其順槽巷發(fā)生變形、幫鼓、底鼓等現(xiàn)象，加到巷道維護難度。

2切頂卸壓沿空留巷技術分析

（1）以往國內也有些礦井研究并實現(xiàn)了小煤柱甚至是無煤柱開采，但多存在巷道圍巖應力高、巷道變形量大、巷道使用時維護成本過大，留設的小煤柱完全壓酥變形、充填法實現(xiàn)無煤柱則充填體鼓脹變形，甚至需要重新在煤幫刷擴，巷道維護成本甚至超越了新掘巷道，究其根源是頂板壓力沒有得到釋放，造成巷道變形量大，而普通爆破手段的卸壓由于其方向不可控制，甚至可能對巷道造成毀壞，通過研究實驗此用定向聚能爆破進行切頂卸壓。

（2）在進行切頂卸壓首先要對目標工作面的頂板結構鉆孔窺視分析。窺視儀可以直接送入錨桿鉆孔或井下其它地質鉆孔中，其輸出的圖像能夠直觀地反映鉆孔內巖體不連續(xù)面(如層理、節(jié)理、裂隙)，其次要對頂板物理力學強度參數(shù)測定。①頂板巖石的物理性質測試：包括對不同層位的頂板巖石視密度、真密度、吸水率、含水率等測定；②頂板巖石的力學性質測試：包括對不同層位的頂板巖石進行單軸抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比、內粘結力、內摩擦角等各項指標測定。

（3）“定向聚能爆破沿工作面走向切頂卸壓”主要目的是改善巷道圍巖的應力環(huán)境，降低煤柱塑性破壞范圍，實現(xiàn)留設小煤柱（沿空掘巷）、甚至無煤柱（沿空留巷）的開采。定向聚能爆破是在炸藥被筒上留設有聚能槽，當炸藥起爆后，產(chǎn)生的高溫高壓的爆轟產(chǎn)物會優(yōu)先沿著聚能槽的方向釋放，即大部分能量朝著給定方向，可按照設定方向對巖石拉裂成縫，將巖石切斷。

（3）采用深孔爆破定向卸壓技術是利用礦山壓力和頂板巖石形成的巖體碎漲特性，實現(xiàn)應力解除，甚至自動成巷，可有效解決了綜采工作面回采時的應力集中從而破壞頂板、保護煤柱利用率低、高應力區(qū)巷道施工難度大等難題。

（4）沿空留巷時巷旁的充填支護手段有多種，主要包括：高水材料充填墻、柔模混凝土墻、工字鋼梁+橫阻大變形錨索等方式。屯蘭礦通過現(xiàn)場試驗采用鋼管砼柱支護沿空留巷方式。鋼管砼柱使用時，在井下可采用專門的煤礦許用的小型混凝土輸送泵進行制備，操作簡單，每個檢修班可制備15~20個立柱。

3技術優(yōu)點及存在技術難題

3.1切頂卸壓沿空留巷技術優(yōu)點

（1）采用切頂卸壓技術可以有效降低巷道煤柱內的應力集中以及煤柱內塑性破壞范圍，保證了工作面回采過程中的安全。

（2）對下個工作面的巷道底鼓、幫鼓會起到一定的緩和作用，因為巷道底鼓多是由于頂板應力轉移造成的，將頂板掐斷后，應力轉移程度變小。

（3）定向聚能爆破切頂卸壓后煤柱的應力集中可卸壓近50%左右，大幅度降低相鄰巷道維護費用。若實現(xiàn)沿空留巷，可以在下一個工作面少掘進一條巷道，節(jié)省成本約5000萬元。若煤柱尺寸從以往的30m縮減至10m。按工作面走向2000m計算，煤厚2m，可多回采煤炭12萬t，按售價350元/t，則可多增收效益4200萬元。此外對下一個回采工作面巷道維護費用也可大大減少，經(jīng)濟效益十分可觀。

（4）沿空留巷施工技術不僅可以實現(xiàn)Y型通風的作用，解決了綜采工作面上隅角瓦斯超限難題，如果該項工作做得到位，甚至可以實現(xiàn)無煤柱開采。

3.2施工中存在難題

（1）斷頂卸壓太高或太低都不利于解除應力集中，甚至可能造成應力轉移到巷道處，適得其反，需要通過理論技術、數(shù)值模擬等分析確定，斷頂卸壓層位的確定難度較大。

（2）由于定向聚能深孔爆破時炮孔較深傳統(tǒng)煤礦爆破鉆孔器具不能滿足需要，必須采用專用的聚能爆破筒、炮棍、封孔工具等材料。

（3）斷頂卸壓的工藝包括打孔、安裝炸藥、封孔、放炮順序等，需派專業(yè)技術人員現(xiàn)場指導，目前煤礦缺乏此類專業(yè)技術人員。

（4）巷道卸壓后需要對效果進行檢驗，可采用鉆孔應力計等進行檢測、分析，并進一步進行優(yōu)化方案。

（5）鋼管砼柱的尺寸必須根據(jù)現(xiàn)場施工情況進行確定，在制備時受施工條件限制鋼管砼柱中混凝土的配比、鋼管砼柱的架設施工很容易出現(xiàn)誤差，嚴重影響施工質量。

4結束語

切頂卸壓沿空留巷技術是通過切頂形成卸載空間,將壓力轉移到離巷道較遠的地方,達到巷道減輕受壓的目的，能實現(xiàn)無煤柱開采，提高資源回收率，降低采掘比，避免留設煤柱引發(fā)的沖擊地壓，瓦斯突出等災害，還可以實現(xiàn)Y型通風，是解決深部采空區(qū)及工作而上隅角瓦斯聚集問題的有效手段，該技術的成功實施對礦井增產(chǎn)增效具有一定的意義，減少對臨近巷道動壓影響、降低維護成本；減少巷道的二次維修量，降低職工的勞動強度，增加了安全系數(shù)；緩解礦井的銜接，降低礦井的成本。

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作者：劉福平 單位：西山煤電集團屯蘭礦