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    晓南矿  奚德明  石振文  鲁连喜  王则行

     要:很长一段时期内我国工作面回采巷道主要采用留设区段煤柱,而传统的留设区段煤柱开采方式无法进行回收,衰老矿井经过长最新版本万博app全站开采所造成的资源浪费和采掘接续紧张的问题普遍存在。如何解决这一问题,成为我们当下的难题,而“110工法”(“切顶卸压-沿空留巷”无煤柱开采技术)是解决这一难题的关键技术,同时可以改变和优化经典的围岩分布规律,大幅度减少围压力。

    关键词 衰老矿井  110工法  新技术

    1 . 晓南矿基本情况

    晓南矿位于万博安卓手机客户端下载煤田东南边缘,井田南北走向长5.5公里,东西倾斜宽4.2公里,井田面积23平方公里。于1980年9月28日建成投产,现核定生产能力为210万吨/年,经过近40年的开采,矿井资源日益减少,面临资源枯竭和地质构造复杂,赋存条件差等问题,如何减少煤炭资源的浪费,提高煤炭资源回采率,成为我们晓南人当下的难题。

    传统的开采方式通过优化设计和管理等方式对煤炭资源回采率很难再有较大的提高,必须突破老的观念,积极采用新技术、新工艺、新设备、新材料。通过查找相关资料和外出考察,确定“110工法”(“切顶卸压-沿空留巷”无煤柱开采技术)是解决这一难题的关键技术,而且比较适合晓南矿现有井下条件。    

    2 . “110工法”概述

    “110工法”即每个工作面只需掘进一条巷道,另一条巷道由相邻工作面在回采过程中通过切顶卸压技术自动形成,且无需留设面间煤柱。关键技术在于采用恒阻锚索加强顶板支护,保证恒阻锚索吊住上覆岩层基本顶,并使用聚能管进行顶板定向预裂爆破,工作面周期来压时顶板能沿着预裂方向将顶板切落下来形成巷帮使用架后挡矸支护维护新形成的巷道。

    见图1 “110工法”沿空留巷示意图。

    其核心步骤如下:

    第一步:利用恒阻锚索对巷道顶板加强支护,以保证随后预裂顶板、切顶时不影响自动形成的巷道质量;

    第二步:利用切缝钻机施工爆破钻孔,采用聚能爆管导向爆破方式超前预裂顶板,在顶板形成裂缝;

    第三步: 工作面煤层回采后,在矿山压力作用下, 将顶板切落下来形成巷帮 ,利用原巷道并经加强支护形成新巷道, 同时借助岩石碎胀系数使岩石破碎后的体积增大为原来的1.3倍,压实并隔断采空区,从而自动形成下一条回采巷道。

    1  “110工法”沿空留巷示意图

    3 . “110工法”与传统“121工法”对比

    晓南矿一直以来都是“121工法”,即每回采一个工作面,需掘进两条顺槽、留设一个煤柱,该采煤工艺导致回采率低、大量资源浪费;地表破坏,环境损伤严重;巷道掘进量大;巷道受动压影响维护量大,成本居高不下。

    采用“110工法”切顶卸压自动成巷技术,每回采一个工作面,只需掘进一条顺槽,不用留设护巷煤柱。通过恒阻锚索加强顶板支护,保证恒阻锚索吊住上覆岩层基本顶,并使用聚能管进行顶板定向预裂爆破,工作面周期来压时顶板能沿着预裂方向将顶板切落下来形成巷帮,切断压力传导,实现卸压作用,最后使用架后挡矸支护维护新形成的巷道作为下一个工作面顺槽,改变为一面一巷采掘模式。对于晓南矿安全高效开采具有重大的技术、经济、社会意义。 图2 110工法与121工法对比图

     

            

     

    2 110工法与121工法对比图

    4 . “110工法”应用的意义

    4.1减灾意义

    由于留设煤柱上方应力集中而引起的巷道围岩变形,采用“110工法”切顶卸压无煤柱开采技术将是衰老矿井的重要发展方向,在提高煤炭回收率的同时,有效防止顶板灾害事故。采用“110工法”切顶卸压无煤柱自成巷开采技术可实现:形成Y型通风方式,利于瓦斯防治;切断“砌体梁”或者“传力岩梁”的压力传递,成功转化为“切顶短臂梁” ;改变和优化经典的围岩分布规律;利用矿压和围岩运动自动成巷,实现无煤柱开采;围压大幅度减少;采用顶板预裂切缝超前压力大幅度减少;围岩变形量,底臌量大大减少,有效减少巷道维修量;临空岩柱压力小和围岩完整性好。3 “110工法”与“121工法”顶板压力对比

    3 “110工法”与“121工法”顶板压力对比

    4.2经济意义

    4.2.1实施“110工法”每个工作面可以少掘一条回采巷道,晓南矿每年需回采3~4个工作面,每个工作面回采长度按1000m计算,可以减少巷道掘进工程量3000~4000m。

    4.2.2实施“110工法”可以取消护巷煤柱,晓南矿工作面护巷煤柱一般为5m,煤层厚度1.5m,每个工作面回采长度按1000m计算:

    Q= a � b � m � γ=5�1000�1.5�1.65=12375t

    式中:        Q -------- 护巷煤柱储量,t;

    a -------- 护巷煤柱实测宽度,取5m;

    b -------- 工作面实测回采长度,取1000m;

    m -------- 工作面的平均煤层厚度,取1.5m;

    γ -------- 煤的视密度,取1.65t/m3

    通过计算平均每个工作面,可以多回采12375t,按每年回采4个工作面时,可以多回采煤炭49500t,减少煤炭损失,提高煤炭回收率,延长矿井服务年限,实现煤炭资源完全开采,经济效益显著。

    4.3社会意义

    晓南矿采用常规留设区段煤柱方法资源回收率低,没有改变顶板的传力结构,巷道受动压影响维护量大,支护困难。

    采用“110工法”后,可以有效地降低工人劳动强度,做到安全条件下施工;少掘一条巷道,从而直接降低了巷道掘进事故的发生,同时极大缓解矿井采掘衔接矛盾,提高了煤炭回收率,有利于生产集中化和高产高效;切顶卸压后,降低了工作面一定范围内的周期压力和巷道内的压力,从而提高了生产安全性。

    5 . 晓南矿实施“110工法”面临的问题

    由于“110工法”主要针对的是顶板管理相关内容,未对“一通三防”相关内容进行研究,所以晓南矿通过外出考察后总结经验,根据本矿实际,提出以下问题:

    5.1顶板管理

    回采前如何补强支护,支护参数合理选择;如何保证切顶效果,控制顶板压力,回采后采空区侧架后巷帮支护等问题。

    5.2通风方式选择

    是采用“一进两回”的“W”型通风方式还是采用“两进一回”的“Y”型通风方式对通风管理更为有利。

    5.3工作面瓦斯防治问题

    为保证留巷效果,沿空留巷区域不宜施工瓦斯钻场,这就造成了瓦斯治理难度的增大,需要提前考虑如何解决回采期间的瓦斯问题,并采取相应安全措施。

    5.4防治自然发火问题

    采用“110工法”后,采空区自然发火的问题,必须提前采取相应安全措施。

    6 . 晓南矿实施“110工法”解决方案

    6.1顶板管理

    编制“110工法”专项安全技术措施并加强现场施工管理,确保巷道支护强度和顶板预裂切缝质量,每天有专人负责检查验收。预裂孔爆破后,使用专用的钻孔成像仪进行抽检分析,对预裂效果达不到设计要求的及时提出装药参数修改,并结合基本顶厚度调整预裂孔的深度、聚能管的长度和装药量,确保达到最佳顶板预裂效果。

    使用全方位一体化监控监测系统,对巷道表面位移、锚索受力和变形量、单体支柱受力及缩量、工作面液压支架受力、顶板碎胀系数、采空区自燃“三带”等进行监控监测和信息采集。收集的信息、数据,进行数据分析,对施工设计及时进行修改,确保施工安全。

    6.2通风方式

    经过外出对各地沿空留巷技术实地考察学习经验,并与集团公司通风处研究“Y”型和“W”型通风方式的优缺点,决定N1-1502工作面采用“两进一回”的“Y”型通风方式,N1-1502运输顺槽和N1-1502入风改造道进风,N1-1502回风顺槽回风。见图4 晓南矿N1-1502工作面留巷初期通风系统示意图。

    在留巷生产中由于运顺留巷段与工作面回风隅角压差较大,工作面绝对瓦斯涌出量达到18m�/min,且抽采效果不好,为了减少留巷段向采空区内漏风,在集团公司领导和处室技术人员共同指导下对通风系统进行调整。将N1-1502入风改造道更改为N1-1502回风辅助道,N1-1502运输顺槽入风,N1-1502回风辅助道和N1-1502回风顺槽回风。见图5 晓南矿N1-1502工作面调整后期通风系统图。

    4 晓南矿N1-1502工作面留巷初期通风系统示意图

    5 晓南矿N1-1502工作面调整后期通风系统图

    6.3工作面瓦斯防治措施

    1. 本煤层预抽;(2)埋管抽采;(3)高位钻场抽采;(4)减少采空区瓦斯涌出量。(5)建立形成临时抽采系统,单独铺设瓦斯抽采管路,利用井下临时抽采泵站与地面永久瓦斯抽采泵站配合同时对N1-1502工作面采空区进行抽采。

    通过以上措施的实施,N1-1502工作面回风流甲烷浓度明显降低,保障了工作面安全回采。

    6.4工作面防治自然发火措施:

    (1)加强自然发火标志性气体监测,每隔50m设置一组测点。

    (2)在埋管抽采中安设一氧化碳传感器,如一氧化碳浓度达到200PPm或出现乙烯时,停止埋管抽采,并采取防灭火措施。利用中央砂井制氮机向采空区内进行注氮气。

    (3)利用KJ428矿用分布式激光火情监测系统对采空区进行火情监测。

    (4)运输顺槽向采空区内埋设两趟注氮φ108mm注氮管路,实现跨步式埋设,埋入深度在30~70米范围。

    (5)在运输顺槽硬帮和开切眼硬帮进行喷浆,防止煤炭进入采空区后发生自燃。

    (6)在地面中央砂井建设粉煤灰灌浆站,根据工作面倾向情况,定期向采空区内灌浆。

    (7)防止采空区漏风措施:由于N1-1502工作面属于容易自燃煤层,为了减少采空区漏风,随工作面的推进及时使用挡矸网+风筒布+金属网,喷涂距离保证不超过工作面液压支架5m。在成巷稳定区内,对开裂处进行补喷封堵,尽可能的减少采空区漏风。经过测量,工作面的压差为120Pa,留巷与N1-1502工作面回风隅角压差为123Pa,留巷段漏风量始终控制在50~80m�/min之间。通过一段最新版本万博app全站观测,采空区无自然发火征兆。

    7结语

    通过探索研究和实践,在整个“110工法”无煤柱开采技术实施工程中,对施工情况每月进行一次总结,对每一个施工项目进行一次总结,对“切顶卸压-沿空留巷” 无煤柱开采技术进行综合总结。确保记录下,施工过程中发现的问题,总结经验,为下一次施工提供技术及经验支撑。

    晓南矿通过实施“110工法”新技术,取消护巷煤柱,可以有效提高煤炭资源回收率,延长矿井服务年限,减少巷道量掘进工作量,实现工作面连续开采,减少巷道围岩压力对工作面的影响,经济效益显著。有利于缓解采掘接续紧张的问题,对于晓南矿安全高效开采具有重大的技术、经济、社会意义。对于相同地质条件下的其它煤矿,具有普遍指导意义和推广应用价值。

    参考文献

    [1]  郭志飚《无煤柱自成巷110工法规范》[S]中国煤炭建设协会,中煤建协字[2019] 80号。

    作者简介 :奚德明(1986年2月-),男,工程师。2009年毕业于辽宁工程技术大学职业技术学院矿山测量专业,现在铁煤集团晓南矿工程地测大队任技术主管,曾在省级刊物万博体育首页登录论文1篇,万博安卓手机客户端下载科技上万博体育首页登录论文1篇。联系电话:13841079858。

    王则行(1986年2月-),男,高工。2002年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业,现在铁煤集团晓南矿工程地测大队任队长,曾在省级刊物万博体育首页登录论文9篇,万博安卓手机客户端下载科技上万博体育首页登录论文1篇。联系电话:13591009582。

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