特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩控制—斜沟方案
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完成单位:山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿
登记编号:ZSCX-MT2019-J3-13
登记年份:2019
发布时间:2019-12-31
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立项背景:
斜沟煤矿是一座新型现代化高产高效矿井,煤巷锚杆(锚索)支护技术是斜沟煤矿实现高产高效生产的关键技术之一,斜沟煤矿井下回采巷道全部沿煤层布置,其中,二水平煤厚平均14.4m,特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩的稳定性是实现高产高效关键因素。巷道采用大断面矩形断面布置,临近采空区掘进巷道相对变形量大,成型后不易快速稳定—是煤矿顶板管理最主要的内容,是煤矿实现高产高效关键制约因素,为此斜沟煤矿提出了:特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩控制方案。
主要做法:
目前,众多学者对“追尾—对头”受动动压影响的巷道进行了研究,针对不同的现场情况提出了相应的支护技术,在原有静压巷道支护基于:锚、网、钢带、喷+高预应力锚索联合支护的基础上,不断衍生出诸如:桁架锚索、单体锚索和锚杆相结合,多重支护结构相辅等众多方案。斜沟煤矿结合实际情况创造性地提出了:断顶卸压解决“追尾—对头”受动压影响的难题(注:区别于沿空留巷切顶方案)。
首先,参观学习&自主研究。先后赴西山煤电屯兰煤矿、杜儿坪煤矿、中兴煤业学习交流切顶卸压技术,以上几个矿分别与科研院校合作开展了沿空留巷项目,积累了丰富的经验,斜沟煤矿通过学习切顶卸压技术自主解决:特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩合理控制问题。其次,进行了断顶卸压设计。主要包括:(1)断顶位置、角度理论推导;(2)断顶卸压钻孔最佳间距研究;(3)定向爆破聚能管设计;(4)装药量设计研究。最后,引进矿压在线监测系统。通过引进KJ533、KJ216矿压在线监测系统对斜沟煤矿断顶卸压实施过程进行了精准化、实时动态化、高效化的监测,反馈矿压数据合理优化断顶卸压各项技术参数。
功能效果:
一、巷道围岩控制效果显著
1、掘进巷道围岩稳定性显著改善
采用切顶卸压后掘进期间巷道围岩稳定性得到了显著的提高,降低了支护巷道的劳动强度,确保了安全高产高效目标的实现。
2、回采期间、初采初放期间矿压显现显著控制
特厚煤层工作面初采初放期间初次来压步距减少了11.1m,初次放煤步距提前14m提高了回采率。
3、两巷采空区悬顶有效控制
特厚煤层工作面两巷采用切顶卸压技术后,顺槽采空区顶板紧随工作面垮落,有效解决了放顶煤工作面两巷悬顶问题。
二、经济效益提升显著
采用切顶卸压技术不仅解决了特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩稳定性问题,同时还提高了回采期间综放工作面两端头煤炭资源的回收率,经济效益如下:
1、掘进巷道支护成本明显降低,掘进一条3000m长的巷道,支护巷道节约的时间量化为成本:75×2=150万元。
2、初采初放期间,初次来压步距减少11.1m,初次放煤步距提前14m,多回收出顶煤资源Q=242.5×14×10.99×1.41×0.8=4.2万t。产生直接经济效益W=4.2×300=1260万元。
3、两端头的顶煤冒放性得到改善,破碎程度较好,两端头顶煤资源回收量增加,多回收煤炭资源Q=2223×3×10.99×1.41×0.8=8.3万吨,可产生直接经济效益W=8.3×300=2640万元。
创新亮点:
1、改变了传统通过加密、加强巷道支护参数和材料的“被动”支护策略,提出采用断顶卸压技术“主动”解决:特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩合理控制问题。
2、区别于科研高校沿空留巷切顶项目,斜沟煤矿独立自主设计了:断顶卸压技术解决迎动压掘进巷道围岩合理控制,主要包括:钻孔深度、钻孔间距、钻孔打设角度、炮孔装药量、爆破效果等。
3、断顶卸压线位置选取与沿空留巷切顶项目不同。沿空留巷切顶线选在回采工作面两端头工作面帮侧附近,而本方案断顶卸压线位置选在回采工作面两顺槽煤柱帮侧附近。
4、引进了先进技术,通过引进KJ533、KJ216矿压在线监测系统,对斜沟煤矿断顶卸压实施过程进行了精准化、实时动态化、高效化的监测,反馈矿压数据合理优化断顶卸压各项技术参数。
实施应用前后效果(益)情况:
实施前:
斜沟煤矿井下回采巷道全部沿煤层布置,巷道采用大断面矩形断面布置,临近采空区掘进巷道相对变形量大,成型后不易快速稳定,巷道围岩稳定控制工作量大,治理维护耗时多、耗材量大、劳动强度高。
实施后:
1、巷道围岩控制效果显著。(1)掘进巷道围岩稳定性显著改善;(2)回采期间、初采初放期间矿压显现显著控制;(3)两巷采空区悬顶有效控制。2、经济效益提升显著。采用切顶卸压技术不仅解决了特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩稳定性问题,同时还提高了回采期间综放工作面两端头煤炭资源的回收率:(1)掘进巷道支护成本明显降低;(2)初采初放期间,多回收出了顶煤资源;(3)两端头的顶煤冒放性得到改善,两端头顶煤资源回收量增加,多回收了煤炭资源。
推广价值及范围:
采用断顶卸压技术“主动”解决:特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩合理控制问题,改变了传统通过加密、加强巷道支护参数和材料的“被动”支护策略。通过斜沟煤矿现场大量工况实验表明:采用切顶卸压技术巷道围岩控制成本投入低、施工工艺简单,效果显著。不仅解决了特厚煤层临近采空区迎动压掘进巷道围岩稳定性问题,同时还提高了初采初放期间、回采期间综放工作面两端头煤炭资源的回收率。目前斜沟煤矿已广泛开展该项工艺,具有很强的推广价值。