小煤柱大巷切顶卸压试验研究_何立成.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 随着 110 工法提出以及推广，切顶卸压技术在 工作面顺槽留巷当中广泛应用，显著解决了悬顶带 来的顶板压力问题，提高了留巷成功率和采掘衔接 效率。大巷相对于顺槽而言， 主要动压来源来自于工 作面回采至停采线后， 保护煤柱引起的应力集中， 导 致大巷变形， 往往需要留设较大的保护煤柱， 以减小 应力集中影响， 造成大量的资源浪费[1～2]。 目前切顶卸 压技术研究集中在顺槽留设上， 对大巷关注较少。本 文以山西赵庄二号井 2103 盘区大巷为研究对象， 采 取切顶卸压技术， 以期减小保护煤柱宽度， 维护大巷 稳定。 1工程背景 山西省赵庄二号井主采 3 煤层，煤层平均埋深 650m， 平均厚度 5.5m， 为优质无烟煤。由于井田内断 层等地质构造十分发育， 影响工作面布置， 因此以短 工作面为主，平均走向长度不足 700m。以二盘区为 例， 布置 2103、 2104 两条盘区集中大巷， 两侧各布置 5 个工作面。 2303 大采高工作面为二盘区第 3 个工作 面， 走向长度 580m， 倾向长度 150m， 采用一次采全高 全部垮落法后退式采煤法。 由于采高大， 采动影响强烈， 根据理论计算和现 场经验，大巷保护煤柱至少留设 80m， 2301 工作面 和 2302 工作面回采时， 停采线与大巷之间保护煤柱 留设宽度 100m， 即便如此， 2103 大巷仍出现严重的 变形现象，两帮鼓出约 1200m，以保护煤柱一侧为 主， 顶板下沉约 500mm， 喷浆层脱落， 锚索断裂， 并 有严重的底鼓现象， 严重影响 2103 大巷的长期安全 使用。 按照前期煤柱留设宽度， 2303 工作面走向上可 采长度仅余 480m，由于回采速度快，巷道掘进速度 慢， 短工作面方式严重影响采掘衔接， 并且遗留大量 的保护煤柱， 造成严重的资源浪费。 计划在 2103 大巷 内， 2303 工作面对应区域进行 30m 宽度小煤柱切顶 卸压试验，实施长度 190m，即 2303 工作面对应 150m， 以及两侧各 20m长度， 如图 1 所示。 小煤柱大巷切顶卸压试验研究 何 立 成 （霍州煤电集团汾河焦煤公司三交河煤矿 ，山西 霍州 031400 ） 摘要 针对赵庄二号井 2103 大巷保护煤柱宽度大、 变形严重的问题， 选取 190m 试验段， 进行了切 顶高度设计、 钻孔设计、 装药设计等， 进行了现场爆破切顶试验和效果考察。结果表明 切顶卸压为减 小煤柱宽度、 维护大巷稳定的有效途径； 确定切顶高度 40m， 倾斜钻孔长度 41.5m， 钻孔间距 2m； 2303 工作面停采后， 30d 内巷道变形基本结束， 两帮累计移近量 220mm， 顶板下沉量 50mm， 与前期不切顶 段对比， 巷道变形量减小 80以上， 煤柱宽度减小 70， 效果显著。 关键词 小煤柱 ； 大巷 ； 切顶卸压 ； 爆破 ； 巷道变形 中图分类号 TD322文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0091- 03 Experimental Study on Pressure Relief of Small Coal Pillar MainRoadway HE Licheng （Huozhou Coal and ElectricityGroup Fenhe CokingCoal CompanySanjiaohe Coal Mine , Huozhou 031400 ，China ） Abstract Aiming at the problem oflarge width and serious deation ofthe protective coal pillar in the 2103 main roadway ofZhaozhuang No. 2 well, the 190m test section was selected, and the cutting height design, drilling design and charge design were carried out, and the on- site blasting cutting test and effect were carried out. Inspection. The results showthat the top- loading pressure relief is an effective way to reduce the width of the coal pillar and maintain the stability of the roadway. The height of the cutting roof is 40m, the length of the inclined drilling hole is 41.5m, and the drilling distance is 2m. After the stoppage of 2303 working face, The deation of the roadway is basically finished within 30d. The cumulative displacement of the two gangs is 220mm, and the subsidence of the roof is 50mm. Compared with the previous non- cuttingsection, the deation ofthe roadwayis reduced bymore than 80, and the width ofthe coal pillar is reduced by70. The effect is remarkable. Keywords small coal pillar ; main roadway; toppingpressure relief; blasting; roadwaydeation 91 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 图 1试验段位置示意图 2切顶卸压设计方案 2.1垂直切顶高度设计 2103 大巷顶板上覆坚硬岩层分布见表 1。 表 12103 大巷顶板上覆坚硬岩层分布表 根据顶板坚硬岩层分布，经过进一步分析得出， C6 粗粒砂岩为主关键层， C3 砂质泥岩亚关键层 1， C14 细粒砂岩层为亚关键层 2。切顶高度超过主关键 层， 切断大巷上方与煤柱上方主关键层联系， 才能起 到卸压作用。 因此垂直切顶高度应为 h2.637.16.12.120.1 38.03m。考虑顶板岩层厚度变化， 垂直切顶高度设计 为 40m。 2.2切顶爆破钻孔设计 结合 2103 大巷设备布置情况及履带式专用钻机 设备等情况，确定切顶钻孔与保护煤柱帮距离 S0. 7m。如图 2a所示。切顶爆破钻孔间距 2m， 为了提高 卸压效果， 每两个爆破钻孔间增加一个空孔， 增加爆 破自由面， 提高爆破效果。 钻机难以实施垂直钻孔， 倾 角设计为与垂直方向夹角 15，倾斜孔深 41.5m； 孔 径 φ75mm， 如图 2 （b ） 所示。 （a ） 钻孔位置剖面图（b）钻孔布置剖面图 图 2切顶钻孔布置示意图 2.3切顶爆破钻孔装药设计 1 ） 炸药选用矿用三级乳化炸药，炸药直径 φ45mm， 长 l500mm， 重量 m0.8kg； 2 ） 不耦合系数 K 不耦合系数 K 的合理范围为 1.30＜K＜1.80。2103 大巷巷顶板切顶爆破钻孔直径 d75mm， 矿用三级乳化炸药直径 φ45mm， 因此不 耦合系数 Kd/φ75/451.67， 在合理范围以内； 3 ） 装药量 Q 根据 煤矿安全规程 规定， 深孔爆 破时封孔长度不低于孔深的 1/3。 因此装药段长度 L [2H/3]≤27m， 设计装药长度 22m， 采用 PVC 管装药， PVC管长 2.1m/ 节 （0.1m为扩径接头段 ） ， 每根实际装 药长度 2.0m，每孔采用 12 根 PVC 管，其中 11 根 PVC管装药， 共需 44 卷炸药， 单孔装药 Q35.2kg； 4 ） 装药结构。采用 PVC 管连续装药， 每孔共 12 根， 其中 11 根 PVC 管装药， 插入孔底， 引出导爆索， 第 12 根 PVC 管内导爆索连接雷管， 并将雷管绞线引 出孔口，第 12 根内用泡沫填实，将雷管与封孔段隔 离， 防止封孔材料浸泡雷管， 装药结构如图 3 所示； 图 3装药结构示意图 5 ） 封孔。灌浆封孔长度设计为 13.5m， 采用铝塑 管灌注封孔材料方式。封孔段上端采用囊袋作为隔 离， 孔口 1m采用炮泥填塞封堵孔口。 3现场试验及效果考察 3.1现场施工组织 共 12 人，包括 9 名辅助工、 3 名技术人员。 “三 八” 制作业， 每班 8 小时， 每班 4 人， 包括 3 名辅助工、 岩层序号岩性厚度 m硬岩位置 C15砂质泥岩6.7 C14细粒砂岩20.05坚硬岩层 3 C13砂质泥岩6.1 C12细粒砂岩1 C11泥岩0.8 C10砂质泥岩1.5 C9细粒砂岩1.5 C8砂质泥岩11.35 C7中粒砂岩3.5 C6粗粒砂岩20.1坚硬岩层 2 C5细粒砂岩2.1 C4泥岩6.1 C3中粒砂岩7.1坚硬岩层 1 C2砂质泥岩2.63 C13 号煤6.3 92 ChaoXing （上接第 90 页 ） 有断裂裂痕的圆环链进行及时维修、 更换， 以保证刮 板输送机的正常作业。 5结论 圆环链作为刮板输送机中的关键部件之一， 其结 构性能的好坏， 对刮板输送机的正常工作具有重要影 响。因此， 通过对圆环链疲劳强度的主要影响因素进 行分析， 采用 PROE 及 Workbench 仿真软件， 建立了 圆环链的三维模型及有限元仿真模型， 开展了圆环链 的应力变化、 结构位移变化仿真分析研究， 结果表明， 圆环链的一端大圆弧处出现了较大的应力集中及结 构变形现象， 在实际使用过程中， 极容易发生较大的 结构变形、 断裂等故障， 并由此提出了圆环链的改进 建议。 该研究对提高圆环链的结构性能及刮板输送机 的工作效率具有重要意义， 可为后期开展刮板输送机 其他部件的结构性能提升具有一定的指导。 参考文献 [1] 刘广鹏, 王学文, 杨兆建,等. 刮板输送机链传动系统动力 学特性分析[J]. 机械传动,2014 （7） 115- 118. [2] 谢苗,李翠,毛君,董先瑞,闫江龙. 刮板输送机链轮链环啮 合动力学分析[J]. 机械设计,2017,34 （05） 58- 64. [3] 陈娜. 大功率刮板输送机用减速器的设计[D]. 天津大学, 2016. [4] 杨龙． 大功率行星减速器行星架特性分析及结构优化 [D]．沈阳 中国船舰研究院， 2011． [5] 何张雷. 在线监测系统在刮板输送机故障诊断中的应用 [J]. 矿业装备, 2018 （06） 108- 109. 作者简介 李洋子 （1986-） ， 男， 山西晋城人， 2009 年 7 月毕业于山 西农业大学电气工程及其自动化专业，机电助理工程师， 现 从事矿山机电相关工作。（收稿日期 2019- 6- 13） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1 名技术人员。 每班根据时间安排装药封孔 2～3 个，先统一装 药， 后统一注浆封孔， 当装最后 1 个孔时计算距离交 接班时间， 如时间不充足， 不再装药， 避免出现到达起 爆时间仍有未装完或未封孔的钻孔。利用交接班时 间， 对全部已装药钻孔进行爆破。 3.2效果考察 实施长度 190m， 共实施爆破钻孔 81 个， 空孔 80 个， 累计钻孔进尺 6681.5m， 消耗炸药 3564 卷， 每班 平均爆破 2 个钻孔， 每天 6 个， 累计工期 15 天。 图 42303 工作面停采后大巷围岩变形曲线图 在切顶卸压试验段布置表面位移测点，观测 2303 工作面停采后大巷变形情况， 如图 4 所示。 可以 看出， 停采后 30d 内， 巷道两帮移近量 220mm， 顶板 下沉量 50mm，底鼓量约 200mm， 30d 以后持续观测 到 90d， 大巷新增变形量极小， 几乎为零， 证明 30d 以 内大巷围岩已经进入稳定状态，与前期不切顶段对 比， 巷道变形量减小 80以上， 煤柱宽度减小 70。 4结论 1 ） 大巷动压来源为工作面保护煤柱集中应力影 响， 切顶卸压为减小煤柱宽度、 维护大巷稳定的有效 途径，且减小保护煤柱宽度能够提高资源采出率， 缓 解采掘衔接紧张； 2 ） 根据赵庄二号井大巷顶板条件进行了切顶高 度设计、 钻孔设计、 装药设计等； 3 ） 现场试验 190m长度， 2303 工作面停采后， 30d 内巷道变形基本结束， 两帮累计移近量 220mm， 顶板 下沉量 50mm， 与前期不切顶段对比， 巷道变形量减 小 80以上， 煤柱宽度减小 70， 效果显著。 参考文献 [1] 张赛一， 王炯， 马新根， 等.益新矿切顶卸压切缝参数优化 研究[J].煤矿现代化， 2019， 2 138- 140. [2] 刘宜平， 董昌伟， 郭标.祁东矿切顶卸压无煤柱开采矿压 规律及围岩控制[J].煤矿安全， 2019， 1 173- 177. 作者简介 何立成 （1990 年 -） ， 男， 山西霍州人， 2015 年毕业于安 徽理工大学， 工学学士， 目前在霍州煤电汾河焦煤公司三交 河煤矿皮带队工作， 从事运输和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 2- 28） 93 ChaoXing