切顶卸压护巷技术在屯兰矿的应用_赵永青.pdf

参考文献 [1] 贾奇锋,倪小明,赵永超,曹运兴.不同煤体结构煤的水力 压裂裂缝延伸规律[J/OL].煤田地质与勘探1- 7. [2] 李飞飞.水力压裂切顶技术对巷道顶板影响研究[J].同煤 科技,2018 （05） 5- 7. [3] 田清. 水压致裂技术在坚硬顶板工作面初采中的应用[J]. 煤,2018,27 （10） 26- 2741. [4] 姜婷婷,张建华,黄刚.煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研 究[J].岩土力学,2018,39 （10） 3677- 3684. [5] 王永洁. 坚硬顶板房柱采空区下切眼内水压致裂强制放 顶技术研究[J].煤矿开采,2018,23 （04） 85- 88. 作者简介 许建平 （1975-） ， 男， 山西洪洞人， 大学本科， 采煤工程 师， 主要采煤生产技术管理工作。 （收稿日期 2018- 11- 7） 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 0引言 在屯兰矿 12505 工作面停采时， 在超前于工作面 的前方进行切顶卸压工作， 沿顶板向工作面前上方断 顶切缝，保护南五采区集中巷及变电所。屯兰矿 12505 工作面前方的南五采区集中大巷， 受 12505 工 作面回采动压影响预计巷道变形较大，如图 1 所示。 在工作面的末采收尾后， 在 A 区、 B 区、 C 区进行深孔 爆破预裂、 断顶卸压工作， 以实现保护该工作面前方 的南五采区大巷、 避免其大范围发生底鼓、 帮鼓、 喷浆 掉皮等变形量过大现象。此外， 可使工作面多回采煤 炭资源， 如果工作面停采线能够向前挪移 20m， 按工 作面斜长 205m、 煤层厚度 4m 计算， 则可以多回采煤 炭 2054201.52.46 万 t， 按每吨价格 400 元计 算， 则可以多创收 1000 万元。 可见该课题的研究意义 重大、 经济效益十分可观。 1屯兰矿地质水文概况分析 1.1煤层概况 该工作面 2、 3 号煤层厚度稳定，合并开采， 2 号 煤厚 2.60～3.20m， 平均约 2.96m； 2 号煤与 3 号煤之间 夹一层砂质泥岩， 厚 0.50～0.87m， 平均约 0.69m； 3 号 切顶卸压护巷技术在屯兰矿的应用 赵永青 （山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿 ， 山西 古交 030206 ） 摘要 切顶卸压护巷技术在屯兰矿进行应用是极为关键的， 为了改善巷道所处的应力环境， 使巷道 处于卸载区。根据 12505 工作面实际条件， 需要在 12505 工作面停采线附近进行深孔爆破切顶卸压， 本文通过对于屯兰矿煤层、 地质、 水文、 防治水措施、 钻探概况进行分析， 从断顶孔位置的确定、 爆破参 数、 工期安排、 爆破材料确定等方面进行现场方案的制定， 使其能够符合于施工的实际情况， 为其进一 步发展与更新打下坚实的基础。 关键词 切顶卸压护巷技术 ; 屯兰矿 ; 应用 中图分类号 TD263文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 03- 0036- 03 Application of cutting and pressure relief technique in tun Lan mine ZHAO Yongqing （Shanxi CokingCoal Group CO.,LTD. Tun LANCoal Mine ， Gujiao 030206， China ） Abstract The application ofroofcuttingand pressure relieftechnologyin tun Lan mine is verycritical. In order toimprove the stress environ- ment ofthe roadway, the roadway is in the unloadingarea. Accordingtothe actual conditions of the 12505 working face, it is necessary tocarry out the deep hole blasting cutting and pressure unloading near the 12505 working face stopping line. Through the analysis of the coal seam, geology, hydrology, water prevention and control measures and the general situation of the drilling, this paper carries out the determination of the position of the broken roof, the blasting parameters, the arrangement of the working period, the determination of the blasting materials and so on. The ulation of the site plan enables it to con to the actual situation of construction and lay a solid foundation for its further development and renewal. Key words roofcuttingand pressure relieftechnology; Tun Lan mine ; application 36 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 煤厚 0.40～1.00m，平均约 0.60m；煤岩总厚均约 4.25m， 煤层有益厚度均约 3.56m， 工作面煤厚分布规 律为自Ⅰ切眼向外由薄逐渐变厚 最薄处为Ⅰ切眼机 头附近约 3.15m，最厚处为皮带顺槽 12 号点附近约 4.05m， 另外， 皮带顺槽煤厚总体大于轨道顺槽， 煤质 为焦煤，工作面煤层整体为枢纽向南西倾斜的缓向 斜， 煤层最大倾角10， 最小倾角 3， 平均 6。 图 1工作面停采线附近超前支承压力影响示意图 1.2地质概况 该工作面地质构造复杂， 断层及褶曲发育， 工作 面两顺槽掘进过程中共揭露 10 条正断层。其中最小 落差 0.7m， 最大落差 14m。F2、 F4 和 F6 正断层落差 2.3- 6.6M且于皮顺及轨顺都揭露， 对回采影响较大， 其中受 F2 的影响， 导致工作面重新布置， 重开切眼； F1、 F3、 F5、 F7、 F8 和 F9 正断层落差均在 2.2m 以下, 且在工作面内延伸不长，对回采有一定影响， F10 正 断层落差较大， 但位于设计停采线以外， 对回采无影 响。根据地表及相邻工作面揭露情况分析， 该工作面 中部为东大岭向斜轴部， 属应力集中区， 受其影响， 可 能枢纽附近存在伴生断层及节理的影响， 并且出现煤 质松软、 裂隙发育、 瓦斯异常涌出等现象。 1.3水文概况 1 ） 该工作面水文地质条件复杂， 全区带压， 奥灰 水静水位标高为 860m，工作面底板标高 674～739m， 工 作 面 水 压 1.21～1.86MPa， 突 水 系 数 为 0.01756- 0.02163MPa/m， 位于相对安全区内。 2 ） 该工作面右侧为 12503 采空区， 轨道顺槽整体 标高低于 12503 工作面轨道顺槽标高， 现已在 12505 轨道顺槽施工 4 个放水孔， K3 不出水， K1、 K3 和 K4 有少量的出水， 主要为采空区局部低洼处积水， 对回 采影响较小。 3 ） 回采中主要出水水源为 2 煤层上部砂岩裂隙 水，回采期间老顶跨落后上覆岩层形成冒落裂隙带， 上部砂岩裂隙水可能通过裂隙涌入采空区及工作面， 局部地段可能会有淋滴水现象。 4 ） 切眼向外 167m距左帮 58m附近有 444 煤田 勘探孔， 该钻孔终孔位于 10 号煤底板下 19m， 由于年 代久远， 封孔资料不详， 回采至该钻孔附近时需提前 采取防范措施， 确保顺利通过该钻孔。 1.4防治水措施 1 ） 回采前在Ⅱ切眼附近需施工水仓并完善排水 系统， 以保证排水能力不小于最大涌水量 2 倍以上。 2 ） 初采初放期间需加强水情监测， 如发现顶板淋 水增大或落山内沿支架底座出水需及时制定排水措 施。 3 ） 工作面回采过程中注意观测底板出水的水色 水温变化， 遇有异常及时汇报矿调度。 1.5钻探概况 物探院使用无线电波坑透仪、瞬变电磁仪对 12505 工作面进行了物探。 坑透资料显示Ⅰ切眼向外 301～351m 范围内靠近皮带顺槽附近为 E1 坑透异常 区， Ⅱ切眼向外 2- 252m范围内为 E2 坑透异常区， E2 坑透异常区内主要存在断层和褶曲等构造； 瞬变电磁 仪探测存在顺层及底板向下 45共 2 个低阻异常 区。根据坑透及瞬变电物探成果， 对 12505 工作面进 行钻探验证， 经对 2 个坑透异常区及 2 个瞬变电磁异 常区钻探验证， 并结合瓦斯抽采钻孔资料分析 E1 坑 透异常区局部存在节理， E2 坑透异常区为东大岭向 斜枢纽及断层集中区，并基本控制了枢纽及 F3、 F4 和 F7 正断层的走向，在对异常区钻探施工过程中探 测钻孔均未见出水现象， 但施工 E2 坑透异常区的钻 孔存在煤质疏松和瓦斯顶钻现象。 2现场实施方案 2.1断顶孔位置的确定 根据数值模拟应力变化情况， 超前支承压力在末 采期间和停采一段时间内存在一个动态变化过程， 应 力会向前方煤体转移。 在设计停采线位置时应充分考 虑到这一点。 为了保证停采后南五采区大巷少受动态 变化应力的影响，在工作面设备回撤之前需要打孔、 断顶卸压。 炮孔布置 工作面长按 205m 计算， 由于超前支 承压力较大， 需要在工作面的前上方、 侧上方爆破出 弱面后， 阻断超前支承压力传递路径。 即分为 A区、 B 区、 C区三个区域进行卸压， 如图 2 所示。 A区 炮孔间距定为 3m， 每 2 个支架打一个卸压 孔， 中部高抽巷附近 10m 不打孔， 两端头各留 5m 不 37 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 3 期总第 150 期 打孔， 则共需布置 60 个炮孔， 编号分别为 A1～A60。 每个炮孔斜长 35m， 仰角 45。 图 2停采线处炮眼布置平面图 B 区炮孔间距定为 2m，从停采线位置向前布 置， 往煤柱侧偏斜 75， 紧贴煤柱帮开孔口， 按走向 70m 范围，则共需布置 35 个炮孔，编号分别为 B1～B35。每个炮孔斜长 35m， 仰角 45。 C 区炮孔间距定为 2m，从停采线位置向前布 置， 往煤柱侧偏斜 75， 紧贴煤柱帮开孔口， 按走向 70m 范围，则共需布置 35 个炮孔，编号分别为 C1～C35。每个炮孔斜长 35m， 仰角 45。 2.2爆破参数 根据数值模拟应力变化情况， 本次打孔全部采用 Ф75mm 直径， 装药全部采用 Ф50mm 爆破筒， 每米 装药量约 1.5kg， 既每个孔装药 30kg， 每个炮孔封泥 长 15m。 2.3工期安排 工期安排工作面停产后即可安排打孔，打好 3- 5 个炮孔， 即可装药起爆一组。建议每次起爆不超 过 5 个炮孔。60 个孔， 按每天施工 9 个， 共需 6 天左 右完成。B 组、 C 组炮孔可后期根据时间自行安排施 工， 每次同时起爆不超过 5 个炮孔。 2.4爆破材料确定 1 ） 凹槽聚能爆破管 为了防止残炮拒爆现象， 深 孔爆破断顶需采用凹槽聚能管 （不需导爆索） 向孔内 填装炸药， 该聚能管为阻燃抗静电材料制成。断顶炮 孔直径为 Ф75mm，因此凹槽聚能管直径选择 Ф50mm， 如图 3 所示。 规格 Ф50mm， 长 2m 一根， 每米配一个管间连 接扣及防下滑倒刺。 2 ） 轻质材料专用炮棍凹槽聚能管采用专用的 “双抗” 炮棍向孔内填装， 即抗静电、 抗阻燃材料。 该炮 棍有专门快速连接头连接， 每根炮棍重量约 300g、 重 量轻便、 便于深孔爆破填药及封泥等操作使用。 图 3阻燃抗静电材料凹槽聚能管及切缝效果 规格 Ф40mm， 长 2m一根， 配 20 个炮棍大头。 3 ） 专用深孔封泥袋 封泥袋内装黄土， 用于封堵 炮孔。规格 Ф50mm， 每个长 500mm。停采线深孔爆 破断顶卸压共计施工 603535130 个孔。 3结语 1 ） 地表上方养殖场内建筑设施较多， 回采对其影 响较大。 2 ） 2、 3 煤层合采整体较厚，尽可能跟 2 煤顶 和 3 煤底回采， 减少丢煤， 提高工作面回采率。 3 ） Ⅰ切眼附近与底抽巷间距约 4- 6m， 回采过程 中注意观测工作面锚索外露情况，并加强底抽巷支 护。 4 ） 工作面中部断层较多且为向斜核部， 施工本煤 层瓦斯抽采钻孔时见岩孔较多， 对瓦斯抽采效果有一 定影响， 该区域存在瓦斯富集区， 回采过程中需加强 瓦斯管理， 防范瓦斯事故。 5 ） 回采过程中揭露断层等构造时需加强顶板及 煤帮管理， 防止发生漏顶和片帮等事故。 参考文献 [1] 张健. 切顶卸压巷旁 U 型钢棚支护沿空留巷技术研究 [J/OL].能源与环保,2018 （04） 186- 190[2018- 04- 27]. 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