煤礦定向切頂卸壓沿空留巷施工技術(shù)分析范文

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摘要：綜采工作面在回采過(guò)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(hù)煤柱發(fā)生變形、坍塌等現(xiàn)象，不僅加大了巷道維護(hù)難度、維護(hù)成本，而且嚴(yán)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(duì)這種技術(shù)難題屯蘭礦通過(guò)技術(shù)研究分析了保護(hù)煤柱受采動(dòng)影響破壞機(jī)理，提出了采用定向切頂卸壓技術(shù)減小煤柱內(nèi)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，以及采用沿空留巷技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采，提高瓦斯排放效率，實(shí)踐證明定向切頂卸壓及沿空留巷施工技術(shù)在屯蘭礦應(yīng)用后取得了顯著的效果。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；定向切頂卸壓；沿空留巷；應(yīng)用實(shí)踐

1概述

西山煤電集團(tuán)屯蘭煤礦2號(hào)煤層瓦斯涌出量大，綜采工作面在回采過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，嚴(yán)重影響綜采工作面安全生產(chǎn)，傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)方式無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，對(duì)此屯蘭礦提出了沿空留巷的Y型通風(fēng)方式解決上隅角瓦斯超限問(wèn)題，如圖1所示。但由于2號(hào)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(zhǔn)備巷道在采動(dòng)影響下變形量較大，給沿空留巷及相鄰巷道維護(hù)帶來(lái)了巨大的困難，每年要投入幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)的巷道維修費(fèi)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(hù)煤柱往往留設(shè)30m以上，但經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，順槽在遇到采動(dòng)影響時(shí)，鄰近工作面開(kāi)采時(shí)側(cè)向支承壓力和現(xiàn)采工作面超前支承壓力在區(qū)段保護(hù)煤柱上方及其周圍出現(xiàn)疊加引起應(yīng)力集中，從而使得區(qū)段保護(hù)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(hù)難度。

2切頂卸壓沿空留巷技術(shù)分析

（1）以往國(guó)內(nèi)也有些礦井研究并實(shí)現(xiàn)了小煤柱甚至是無(wú)煤柱開(kāi)采，但多存在巷道圍巖應(yīng)力高、巷道變形量大、巷道使用時(shí)維護(hù)成本過(guò)大，留設(shè)的小煤柱完全壓酥變形、充填法實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱則充填體鼓脹變形，甚至需要重新在煤幫刷擴(kuò)，巷道維護(hù)成本甚至超越了新掘巷道，究其根源是頂板壓力沒(méi)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(duì)巷道造成毀壞，通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)此用定向聚能爆破進(jìn)行切頂卸壓。

（2）在進(jìn)行切頂卸壓首先要對(duì)目標(biāo)工作面的頂板結(jié)構(gòu)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(zhì)鉆孔中，其輸出的圖像能夠直觀地反映鉆孔內(nèi)巖體不連續(xù)面(如層理、節(jié)理、裂隙)，其次要對(duì)頂板物理力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)測(cè)定。①頂板巖石的物理性質(zhì)測(cè)試：包括對(duì)不同層位的頂板巖石視密度、真密度、吸水率、含水率等測(cè)定；②頂板巖石的力學(xué)性質(zhì)測(cè)試：包括對(duì)不同層位的頂板巖石進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、內(nèi)粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角等各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)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(yīng)力環(huán)境，降低煤柱塑性破壞范圍，實(shí)現(xiàn)留設(shè)小煤柱（沿空掘巷）、甚至無(wú)煤柱（沿空留巷）的開(kāi)采。定向聚能爆破是在炸藥被筒上留設(shè)有聚能槽，當(dāng)炸藥起爆后，產(chǎn)生的高溫高壓的爆轟產(chǎn)物會(huì)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(shè)定方向?qū)r石拉裂成縫，將巖石切斷。

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

（4）沿空留巷時(shí)巷旁的充填支護(hù)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用鋼管砼柱支護(hù)沿空留巷方式。鋼管砼柱使用時(shí)，在井下可采用專門的煤礦許用的小型混凝土輸送泵進(jìn)行制備，操作簡(jiǎn)單，每個(gè)檢修班可制備15~20個(gè)立柱。

3技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及存在技術(shù)難題

3.1切頂卸壓沿空留巷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

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

（2）對(duì)下個(gè)工作面的巷道底鼓、幫鼓會(huì)起到一定的緩和作用，因?yàn)橄锏赖坠亩嗍怯捎陧敯鍛?yīng)力轉(zhuǎn)移造成的，將頂板掐斷后，應(yīng)力轉(zhuǎn)移程度變小。

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

（4）沿空留巷施工技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)的作用，解決了綜采工作面上隅角瓦斯超限難題，如果該項(xiàng)工作做得到位，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)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(yīng)力集中，甚至可能造成應(yīng)力轉(zhuǎn)移到巷道處，適得其反，需要通過(guò)理論技術(shù)、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(shí)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(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，目前煤礦缺乏此類專業(yè)技術(shù)人員。

（4）巷道卸壓后需要對(duì)效果進(jìn)行檢驗(yàn)，可采用鉆孔應(yīng)力計(jì)等進(jìn)行檢測(cè)、分析，并進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化方案。

（5）鋼管砼柱的尺寸必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行確定，在制備時(shí)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(shè)施工很容易出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。

4結(jié)束語(yǔ)

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)是通過(guò)切頂形成卸載空間,將壓力轉(zhuǎn)移到離巷道較遠(yuǎn)的地方,達(dá)到巷道減輕受壓的目的，能實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采，提高資源回收率，降低采掘比，避免留設(shè)煤柱引發(fā)的沖擊地壓，瓦斯突出等災(zāi)害，還可以實(shí)現(xiàn)Y型通風(fēng)，是解決深部采空區(qū)及工作而上隅角瓦斯聚集問(wèn)題的有效手段，該技術(shù)的成功實(shí)施對(duì)礦井增產(chǎn)增效具有一定的意義，減少對(duì)臨近巷道動(dòng)壓影響、降低維護(hù)成本；減少巷道的二次維修量，降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)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(tuán)屯蘭礦