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        晉華宮礦8714工作面切頂卸壓沿空留巷方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

        2021-10-22 06:18:54
        煤礦現(xiàn)代化 2021年5期
        關(guān)鍵詞:錨桿

        張 堯

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦,山西 大同 037006)

        0 引言

        晉華宮礦12-2號(hào)層307盤(pán)區(qū)東部為青瓷窯逆斷層,南部為305盤(pán)區(qū),西部與云岡礦相鄰[1],地面標(biāo)高約1 232.3~1 291.0 m,井下標(biāo)高822~876 m,埋藏深度約362 m,煤層賦存穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,8714工作面屬礦井+810 m水平,為首采工作面,工作面走向長(zhǎng)度1 563 m,傾向196 m,工作面巷道沿煤層頂板掘進(jìn),煤層平均厚度6.01 m,平均傾角為5°,屬于原生結(jié)構(gòu)煤層,煤層硬度系數(shù)為3.0。

        1 研究?jī)?nèi)容

        2714巷沿煤層頂板留底掘進(jìn),為矩形斷面,規(guī)格為5 600 mm×4 000 mm,采用錨網(wǎng)索帶支護(hù)方式,隨著工作面的不斷推進(jìn),基本頂失去支承,出現(xiàn)垮落,因此,在8714工作面回采過(guò)程中,采用切頂卸壓和沿空留巷技術(shù)[2],將2714巷保留下來(lái)作為8712工作面區(qū)段順槽使用,在計(jì)劃留巷的工作面回采前采用預(yù)裂爆破技術(shù),將巷道上方基本頂及以下的巖層切斷,使巷道頂板形成短臂梁結(jié)構(gòu),并采取一定補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施保證頂板穩(wěn)定。工作面的布置示意圖如圖1所示。

        圖1 8714工作面布置圖

        2 設(shè)計(jì)方案

        2.1 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案

        沿空留巷先后經(jīng)歷掘進(jìn)動(dòng)壓、超前支承壓力、端頭壓力、周期來(lái)壓動(dòng)壓和圍巖運(yùn)動(dòng)壓力影響,與常規(guī)巷道相比,沿空留巷的壓力更大、服務(wù)年限更長(zhǎng),因此必須在原有不留巷支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上對(duì)留巷進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)[3]。對(duì)2714機(jī)巷切眼至停采線外15 m,共計(jì)約1 500 m巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),在爆破前完成施工,至少超前爆破位置100 m,根據(jù)巷道掘進(jìn)情況,采用錨索排距3 000 mm對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

        在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上增加“錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)”支護(hù)頂板,如圖2所示。具體為:錨索采用規(guī)格為?21.8 mm×8 300 mm的鋼絞線,間排距2 000 mm×1 000 mm,采用2-2-1布置方式,與頂板原有錨桿對(duì)齊,所有錨索垂直頂板布置。托盤(pán)規(guī)格300 mm×300 mm×16 mm,錨索錨固力在500 k N以上,預(yù)緊力300 k N以上;錨桿規(guī)格?18 mm×2 000 mm,間排距4 000 mm×1 000 mm,每排2根,與頂板原有錨桿對(duì)齊,垂直頂板布置,錨桿托盤(pán)150 mm×150 mm×10 mm;鋼筋梯采用規(guī)格為?14 mm×4 500 mm,排距1 000 mm/2 000 mm;鋼筋網(wǎng)采用規(guī)格2 900 mm×2 200 mm,6 mm圓鋼制作,搭接長(zhǎng)度200 mm,其中實(shí)體煤幫與幫網(wǎng)搭接,回采幫不搭接。

        圖2 頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

        2.2 超前預(yù)裂切縫方案

        爆破鉆孔距巷道中線S≥2 600 mm,施工時(shí)應(yīng)根據(jù)幫鼓情況、肩角情況、頂板錨桿位置和鉆機(jī)施工位置進(jìn)行調(diào)整,具體示意圖如圖3所示。

        圖3 爆破鉆孔示意圖

        鉆孔垂直巷道中線,傾角為85°,即鉆孔方位角270°,仰角85°,鉆孔直徑為50±2 mm,孔間距500 mm,由于上覆采空區(qū)的存在,為防止爆破引起采空區(qū)內(nèi)瓦斯氣體爆炸,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)層間距情況、目標(biāo)切頂高度調(diào)整目標(biāo)鉆孔深度,預(yù)裂切縫鉆孔深度為10.6、9.1、11.6、12.3 m。

        選用三級(jí)煤礦許用乳化炸藥[4],直徑35 mm,長(zhǎng)280 mm,重量300 g,計(jì)算單孔裝藥量和藥卷數(shù)量,其中,單孔裝藥量分別為4.9、3.8、4.9、5.2 kg,換算成藥卷數(shù)量分別為15、13、16、17卷。由于工作面頂板堅(jiān)硬,封孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致淺部未切頂段的堅(jiān)硬巖層厚度增加,嚴(yán)重影響切頂效果,不利于頂板破斷,造成留巷壓力增大,暫定8714巷超前預(yù)裂切縫封孔長(zhǎng)度為2.6~3.8 m,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。裝藥段采用D型聚能管作為載體進(jìn)行裝藥,為減小D型聚能管連接次數(shù),避免出現(xiàn)截割聚能管的情況,采用1.5 m和2 m長(zhǎng)的D型聚能管配合使用,裝藥結(jié)構(gòu)按照每部分不超過(guò)6卷,根據(jù)頂板巖層巖性分布情況合理分配,每部分炸藥由一發(fā)電雷管引爆,電雷管正向裝藥,每次起爆的鉆孔采用相同段別的電雷管,孔內(nèi)布置2根連接線,電雷管與該連接線并聯(lián)連接,孔內(nèi)所有雷管并聯(lián)連接,空間通過(guò)連接線串聯(lián)連接,封孔采用黃土炮泥或粘土炮泥進(jìn)行封孔,每次爆破5~10個(gè)炮孔,初期每次爆破5個(gè)炮孔,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破結(jié)果逐次增加一起起爆炮孔數(shù)量,具體的裝藥及封孔結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

        圖4 通尺裝藥及封孔結(jié)構(gòu)圖

        3 應(yīng)用效果

        在2714巷工作面上進(jìn)行切頂卸壓和沿空留巷方案設(shè)計(jì),在工作面回風(fēng)巷位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果驗(yàn)證,對(duì)比未切頂卸壓段如圖5所示,和切頂卸壓段如圖6所示的效果。

        圖5 未切頂卸壓段效果

        圖6 切頂卸壓段效果

        從圖5、圖6可以看出,在未切頂卸壓段區(qū)域,

        4 結(jié)論

        針對(duì)晉華宮礦8714工作面在推進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的頂板垮落現(xiàn)象,結(jié)合工作面的地質(zhì)條件,提出一種切頂卸壓沿空留巷技術(shù)方案,具體為:

        1)對(duì)巷道頂板采用錨桿+錨索+鋼筋梯+鋼筋網(wǎng)的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案,并采取超前預(yù)裂切縫技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

        2)造成巷道出現(xiàn)變形的主要原因是由于巷道頂部和采空區(qū)一側(cè)應(yīng)力相互疊加而造成的,在采用切頂卸壓技術(shù)后,疊加應(yīng)力得以消除,確保了巷道的支護(hù)安全。

        作者簡(jiǎn)介:

        [1]伍永平,劉孔智,等.大傾角煤層安全高效開(kāi)采技術(shù)研究進(jìn)展[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(8):1611-1618.

        [2]唐朝均,盛建發(fā),等.切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在高瓦斯煤層群中部煤層的應(yīng)用[J].煤炭工程,2016,48(3):39-41,45.

        [3]馮佩,范勝山,王祥慶.中厚煤層無(wú)充填沿空快速留巷方案設(shè)計(jì)[J].山東煤炭科技,2017(10):48-49.

        [4]劉偉.切頂卸壓技術(shù)在岳城煤礦1309工作面的應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2019(12):42-44,50.

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