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刘河煤矿生产科2018年7月河南神火集团刘河煤矿主要汇报内容方案设计背景25051采煤工作面设计方案神火集团刘河煤矿生产技术科沿空留巷超前爆破切顶卸压设计产生的具体效益矿压观测沿空留巷设计方案河南神火集团刘河煤矿一方案设计背景神火集团刘河煤矿生产技术科河南神火煤电股份有限公司刘河煤矿年设计能力为30万吨。2007年8月投产，2009年底改扩为45万吨。矿井面积6.5km2,一二三采区首次三维物探勘探面积为3.79km2。矿区面积及储量相对较小，资源极其宝贵。在生产过程中必须时刻坚持节约意识，并尽最大努力提高资源回收率，以提高矿井寿命，保证矿井的长治久安。为此，刘河煤矿技术部门充分发挥自己的聪明才智，并大胆借鉴其他矿井的成熟经验，刻苦专研，科学论证，并深入一线、多次试验，制定了多套提高资源回收率的方案。诸如“提高回采率上限研究”、“超长工作面设计”等。为矿井的发展创造了巨大的经济效益，同时也为国家节约了宝贵的矿产资源。25051采煤工作面回采之前，刘河煤矿在其他工作面（如13煤柱工作面）采取过利用单体液压支柱以密集柱的形式实行沿空留巷方案并取得了成功。现工作面实行的切顶卸压沿空留巷新技术便是在此基础上，经过进一步优化实施应用的，并初步取得了满意的效果。河南神火集团刘河煤矿二25051采煤工作面设计方案神火集团刘河煤矿生产技术科1、25051工作面东侧以未开采的25031工作面为界，南侧为25采区回风上山，西侧以未开采的25071工作面为界，北侧以矿井边界保护煤柱为界。面积131826.83m2。2、25051采煤工作面采用伪倾斜长壁后退式采煤法。采面煤层平均厚度2.88m，一次性采全高，铰接顶梁配合单体支柱支护，人工回柱，全部跨落法管理顶板。3、工作面初采时走向长度787m，倾斜长度48m，最长208米，煤层倾角8°～26°，平均17°。本工作面运输方式为下运式，机巷位于工作面的下侧，风巷位于工作面的上侧。4、机巷下侧原设计为25031工作面风巷。为了更好的回收资源，节约成本。现方案取消了25031风巷，改为留巷25051机巷作为25031风巷使用。25051工作面布置如下页图：河南神火集团刘河煤矿25051工作面平面图神火集团刘河煤矿生产技术科河南神火集团刘河煤矿三沿空留巷设计方案神火集团刘河煤矿生产技术科25051工作面机巷回采过程中采用沿空留巷技术作为下一步25031风巷使用。留巷长度约700m。留巷宽度3m、高度2.8m。采用沿空留巷之后，取消了原设计方案25031风巷，而25051机巷沿空留巷作为25031风巷使用，大大的节约了成本，并且最大限度的提高了资源的回收率。河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科1、留巷基本方式：超前工作面采用D型聚能管进行预裂爆破切缝卸压，前期采用单体支柱配合工字钢进行顶板支护。回采时挡矸侧采用密集柱支护。待压力稳定时撤掉密集液压支柱，更换为工字钢棚配合单体液压支柱支护。以致最后全部采用工字钢棚支护。2、挡矸方式：巷旁打设顶挡矸锚索和底挡矸锚杆用Ф15.5钢丝绳连接作为挡矸固定装置，然后竖向铺设金属网。金属网与单体液压支柱之间铺设水平坑木增加挡矸网刚度。3、通风方式：采用局部通风机压入式通风。D型聚能管实物图河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科预裂孔（8米）顶挡矸锚索（12米）工字钢单体柱钢丝绳底挡矸锚杆工作面机巷采空区冒落矸石工作面横向木板锚网15°沿空留巷工字钢沿空留巷整体布局示意图河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科“顶锚索+底锚杆+钢丝绳+金属网+坑木”挡矸系统一、超前工作面在回采帮边界打设顶挡矸锚索和底挡矸锚杆作为挡矸固定装置，然后竖向铺设金属网，距离巷帮400mm左右支设一排单体液压支柱。金属网与单体液压支柱之间铺设水平坑木增加挡矸网刚度。沿空留巷巷旁挡矸支护采用Ф15.5mm钢丝绳配合锚网支护。挡矸锚索和锚杆必须超前工作面50m以外，完成打设工作，避免干扰工作面回采进度，造成作业难度大。挡矸锚索φ21.6×12000mm原有锚杆φ20×2200mm原有锚索φ17.8×8000mm挡矸锚杆φ20×2200mm坑木锚网“顶锚索+底锚杆+钢丝绳+金属网+坑木”挡矸系统河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科“顶锚索+底锚杆+钢丝绳+金属网+坑木”挡矸系统二、钢丝绳间距800±50mm，钢丝绳上端采用Ф21.6×12000mm的锚索配合合适的钢丝绳卡固定（锚索距煤墙300～350mm垂直顶板方向），配合使用300×300mm的托盘；下端采用Ф20×2200mm的高强锚杆配合Ф15.5钢丝绳卡固定（锚杆垂直于底板方向向采空区偏移15度角打在底板上），钢丝绳与挡矸网每200mm用12#铁丝连接一处挡矸锚索φ21.6×12000mm原有锚杆φ20×2200mm原有锚索φ17.8×8000mm挡矸锚杆φ20×2200mm单体柱单体柱河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科施工方法1、超前使用锚杆机在顶板施工Ф21.6×12000mm的锚索，锚索间距为800mm，锚索外露长度不超过300mm，每根锚索使用6支MSK2335树脂锚固剂。2、超前施工底板锚杆，每根锚杆使用2支MSK2335树脂锚固剂进行锚固。3、挂钢丝绳。钢丝绳一端绳套先挂底板锚杆上，然后根据巷高提前编好钢丝绳另一端绳套，并挂在顶板锚索上，上齐锁具、托盘等；4、按照设计安设挡矸网。5、在钢丝绳与挡矸网之间背三根2.0m长的半圆木（第一根距离底板900mm位置，第二根距离底板1400mm位置，第三根距离底板1800mm位置），并使用12#铁丝绑扎牢固；然后使用锚索张拉机具对锚索进行张紧，预紧力不低于20MPa，再使用扳手对钢丝绳绳卡进行二次紧固；最后使用12#铁丝将钢丝绳与挡矸网进行固定。河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科采空区侧巷帮控制在沿空留巷过程中，虽然前期已经对顶板进行预裂爆破卸压，来自顶板的压力对巷道的影响已经降低到可控制的范围内。但因25051工作面倾角较大（平均倾角达17°），采空区冒落矸石受自身重力作用将有部分向下滑滚而对机巷上帮产生巨大的侧向压力。为控制采空区对留巷帮的破坏，现采用顶挡矸锚索+底挡矸锚杆+钢丝绳组成联合挡矸系统对采空区侧矸石进行阻挡。钢丝绳上下单排双股布置，间距0.8m。如图所示。17°挡矸锚索挡矸锚杆钢丝绳坑木锚网顶板底板采空区河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科巷道宽度的控制采用上述联合挡矸设施，虽然能够安全有效的阻止采空区矸石，但因钢丝绳弹性变形及顶底板受压移近等原因的影响，挡矸设施会因受压而产生弯曲变形而产生“鼓肚子”现象（如下图），从而导致巷道宽度收缩而达不到生产需要。为此，经论证研究，采取如下方案：首先钢丝绳要每天及时紧固，其次在巷道设计宽度的基础上，把巷道宽度设计增加1000mm，即巷道宽度由原设计3000mm增加为4000mm。当沿空留巷生产过程中帮受压变形，因提前留有允许变形空间，所以总能保证巷道总宽度不低于3000mm的生产需要。后期矿压相对稳定后巷帮侧单体柱更换为工字钢棚腿，再用坑木小板将棚腿内侧空隙填满即可。具体方案如下页图所示：河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科巷道宽度的控制实际需要巷道宽度3000mm设计巷道宽度4000mm挡矸锚杆挡矸锚索采空区矸石单体柱工字钢下帮煤钢丝绳充填小板预留巷宽变型空间示意图河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科沿空留巷滞后工作面支护滞后工作面支护方式分三个阶段。①最终成巷支护方式；②滞后工作面100米支护方式；③滞后工作面100米-200米支护方式。现以施工超过200米为例各阶段支护方式如下：25051工作面200米采空区风巷机巷＞200米100米河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科沿空留巷滞后工作面支护距离采面100米范围内。因采空区侧压力不稳定，显现剧烈，对支护的要求较高。巷道支护方式采用单体液压支柱配合工字钢顶梁组合支护。采用一梁三柱的形式。实际需要巷道宽度3000mm设计巷道宽度4000mm挡矸锚杆挡矸锚索采空区矸石单体柱工字钢下帮煤钢丝绳距离工作面100米内支护方式示意图河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科沿空留巷滞后工作面支护距离采面100米至200米范围内。采空区压力相对较稳定，对支护的要求相对较低。可以更换采空区侧及下帮煤壁侧的单体液压支柱，只保留中间一排支柱，并将挡矸网与棚腿之间的空隙用小板填实。距离工作面100米-200米支护方式示意图实际需要巷道宽度3000mm设计巷道宽度4000mm挡矸锚杆挡矸锚索采空区矸石单体柱工字钢下帮煤钢丝绳充填小板河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科沿空留巷滞后工作面支护距离采面200米之后的巷道。采空区压力已经稳定。此时可以撤掉所有单体液压支柱，全部采用工字钢棚支护。距离工作面200米之后支护方式示意图实际需要巷道宽度3000mm设计巷道宽度4000mm挡矸锚杆挡矸锚索采空区矸石工字钢下帮煤钢丝绳充填小板河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科一、切顶卸压原理超前预裂爆破是通过超前预裂爆破技术手段，沿既定留巷宽度边界一侧向采空区侧定向预裂顶板，待工作面煤层回采后在矿山压力作用下，顶板沿预裂线垮落，从而减小了留巷悬臂梁长度、降低了留巷压力。由右图可知，采取切顶卸压之前，25051机巷采空区侧基本顶将以悬臂梁的形式存在。并在机巷上方产生巨大的矿山压力。对巷道的支护及维护极为不利。而切顶卸压之后，基本顶悬臂梁长度大大缩短，压力得以释放。机巷上方压力骤减，有利于对巷道加强支护，保证留巷的成功。四沿空留巷超前爆破切顶卸压设计切顶之前顶板状态25051机巷工字钢下帮煤采空区单体柱基本顶悬臂长度工作面倾角平均17°悬臂长度工作面倾角平均17°切顶之后顶板状态河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科二、超前预裂爆破参数设计1.爆破器材（1）炸药目前矿使用的炸药为三级煤矿许用水胶炸药。（2）雷管品种：煤矿许用毫秒延期雷管（3）D型聚能管D型聚能管是预裂切顶成缝的关键装置，将炸药按照设计参数装入聚能管用来预裂爆破。河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科2.爆破参数及装药结构（1）爆破炮孔深度L=8m。（2）炮孔打设角度炮孔与竖直线的角度15°（3）炮孔直径Φ42mm，打设位置距离煤帮100mm。（4）炮孔间距炮孔间距取为600mm，后期可根据成缝效果调整炮孔间距。（5）封孔长度封孔长度2m，后续根据爆破效果进一步调整。（6）装药参数装药长度6m，分3段。泥岩、粉砂岩细粒砂岩装药长度6m封泥长度2m预裂爆破孔河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科3.起爆方式及装药结构炮孔长度8m，其中装药长度6m，分3段，封孔长度2m。采用正向爆破，煤矿许用毫秒电雷管串联起爆（每孔内三个雷管采用并联方式连接），考虑到巷道顶板稳定性，单次最多起爆5个炮孔，后续可根据爆破情况调整。D型聚能管（内部注有水胶炸药）电雷管雷管脚线炮眼壁封泥炮眼装药结构示意图炮孔深度炮孔打设角度切缝装置孔径孔间距封孔长度单孔装药量起爆方式8m15°D型聚能管管径32mm；聚能管单管长2mΦ42mm600mm2m12卷正向起爆预裂爆破技术参数一览表河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科炮眼名称炮眼编号炮眼方向装药量（kg）雷管（发）炮眼深度（米）封泥长度（米）水平（度）垂直（度）每眼小计每眼小计超前预裂爆破眼1-575°15°3.9619.831582说明：1、采用煤矿许用毫秒延期电雷管，型号：8号发蓝壳/2.5M2、采用三级煤矿许用水胶炸药，型号：PT-473/φ273、采用FD-200型发爆器4、眼内采用并联，眼与眼间采用串联方式连线。爆破说明书25051机巷二2煤25051工作面采空区细粒砂岩均厚7.34m泥岩、砂质泥岩均厚7.92m长12m顶挡矸锚索深8米预裂爆破孔预裂爆破孔空间关系示意图河南神火集团刘河煤矿神火集团刘河煤矿生产技术科4.施工注意事项（1）爆破前，必须对顶板进行临时加强支护