煤矿工程切顶卸压沿空留巷技术汇报讲义

1、沿空留巷汇报材料中煤集团准格尔旗荣祥煤焦化有限责任公司山不拉煤矿 二一六年六月三日矿井概况矿井基本情况一、 山不拉煤矿位于准格尔旗政府所在地薛家湾镇南西直线距离约80km处，行政区划隶属于鄂尔多斯市准格尔旗纳日松镇。井田位于东胜煤田东南角。山不拉煤矿80Km26Km77Km1矿井概况 山不拉井田东西最长为4.38km，南北最宽为2.55km，井田面积为6.33km。资源储量6800万吨可采储量3400万吨矿井基本情况一、地质构造纲要图矿井概况 可采煤层6层 ，主要可采煤层3-1、3-2煤层厚度1.5-1.8米，5-1煤层1-1.4米，6-2煤层2-3米。矿井可采煤层属于低灰、特低硫、特低磷、特

2、高热值煤的不粘煤，煤层埋藏深度最深350米左右。矿井基本情况一、矿井概况 矿井原设计生产能力60万吨/年，原为一民营乡镇煤矿，2011年底中煤一建公司完成了对山不拉煤矿的收购，2014年3月，矿井完成120万吨技术改造，并配套建设120万吨的选煤厂一座，选煤工艺为跳汰洗选，矿井剩余服务年限19年，由于矿井收购后，煤炭市场行情的大幅下跌，矿井未进行地面办公生活设施的建设，矿井办公生活设施相对简陋。矿井水文地质条件简单，直接充水含水层以延安组基岩裂隙水为主，充水水源主要为大气降水，区内无地表水体，因有老空区积水，本矿井水文地质类型为中等类型。矿井为瓦斯矿井，瓦斯含量较低，煤尘有爆炸危险性，属一级容

3、易自燃煤层。矿井概况 二、矿井开拓布置 主工业场地位于井田的北部边界，主工业场地布置有主斜井、副斜井、矸石斜井，主工业场地南部500米布置有风井场地，布置回风斜井。四条井筒的最终落地位置均为一水平一盘区的3-2煤，井口标高+1247，一水平井底车场附近标高+1156，井底车场建有中央变电所和中央水泵房。矿井以F2、F3两条比较大的断层为界划分为一盘区、二盘区、三盘区，各盘区内煤层基本采用联合布置。 矿井采用斜井开拓，分两个水平开采全井田煤层，2-2、3-1、3-2为一水平，其余3层煤为二水平。矿井概况 目前矿井布置一个采煤工作面、二个掘进工作面，采掘活动集中在矿井一水平三盘区的3-1煤、3-2

4、煤。采煤工作面：13207综采工作面（一盘区）掘进工作面： 33201主运顺槽掘进工作面，332大巷联络巷掘进工作面。二、矿井开拓布置矿井概况三、各大系统情况辅助运输运煤供电通风井下排水压风供水六大系统 矿井主运输采用皮带机运输，主斜井，长度670米，坡度6-9度，装有小时运量为500吨的强力胶带机，煤炭经顺槽皮带机运至盘区大巷皮带，再经盘区煤仓进入主斜井强力胶带机，运至地面，经筛分车间筛分后，块煤进入块煤仓，其余进入原煤仓，进入洗煤厂进行洗选，洗选后又分为洗精煤，洗块煤。矿井概况三、各大系统情况 矿井辅助运输采用无轨胶轮车运输，副斜井长度718米，坡度6-8度，物料装入无轨胶轮车经副斜井、辅

5、运大巷等巷道运至采掘工作面。井下排水压风供水六大系统供电辅助运输通风运煤矿井概况三、各大系统情况 3-2煤层井底车场附近建有中央水泵房及主、副水仓，主、副水仓总容量1000m3，中央水泵房内安装MD46-305型水泵3台、1台工作、1台备用、1台检修。通风运煤供电井下排水压风六大系统辅助运输供水矿井概况三、各大系统情况 矿井采用双回路供电，电源引自35KV羊市塔变电站不同母线。工业场地建设10kv变电所，井下电源由工业场地10kv变电所引出双回路10kv电源，经主斜井进入井下中央变电所分配至各用电地点。压风供水六大系统辅助运输通风运煤供电井下排水矿井概况三、各大系统情况 矿井采用中央并列式通风

6、系统，机械抽出式通风方式。主斜井、副斜井、排矸进风斜井进风，回风斜井回风。回风斜井安设FBCDZ-8-23型防爆对旋轴流风机2台，1台工作、1台备用，电机功率2132kW，双回路供电。供水通风运煤供电井下排水压风六大系统辅助运输矿井概况三、各大系统情况 地面建有2台26m3螺杆空气压缩机和2台20m3空气压缩机，压风经安装在主斜井的6寸管路和各4寸分支压风管路进入井下各用风地点。通风运煤供电井下排水压风辅助运输供水六大系统矿井概况三、各大系统情况 井下供水、消防及降尘系统水源均来自地面1000m饮用水高位水池和2000m3备用水池，主管路为主斜井井筒敷设的一趟133mm供水管，在井筒中下部分1

7、08mm支管经3-1运煤联巷敷设到主运大巷各用水地点。消防水储存在工业场地高位水池（1000m），日常保证不少于400 m的消防水量储备。皮带运输巷50m设一消防栓，其他巷道100m设一消防栓。通风运煤供电井下排水压风辅助运输供水六大系统矿井概况三、各大系统情况 矿井建有监测监控系统、人员定位系统、压风自救系统、供水施救系统、通讯联络系统、应急避险系统等六大系统。 防灭火方面还建有黄泥灌浆系统，所有系统均比较可靠，满足生产需要。通风运煤供电井下排水压风辅助运输供水六大系统一、项目简介 切顶卸压沿空留巷技术为中国矿业大学何满朝院士团队研制出的一种沿空留巷技术，该技术针对深部开采复杂地质力学条件，

8、在工作面煤层回采前，采用爆破技术，在回采巷道沿将要形成的采空区侧定向预裂顶板，待工作面回采后，在矿山压力的作用下，顶板沿预裂切缝自动切落形成巷帮，既隔离采空区又保持巷道的完整性，留下的巷道作为下一个工作面的运输巷，从而将传统一面双巷改变为一面单巷采掘模式，减少采掘比，实现无煤柱开采。根据集团公司的安排，我矿三盘区的33101综采工作面主运顺槽试验采用此项沿空留巷技术。切顶卸压无煤柱开采切断应力传递、消除安全隐患技术难点顶板预裂切缝支护不断裂失效灾害实时预警聚能爆破顶板预裂切缝技术技术原理电线状聚能装置单孔常规爆破位移矢量分布双向聚能爆破位移矢量分布xoy平面聚能抗张模型180 -180联孔聚能

9、爆破位移矢量分布聚能爆破顶板预裂切缝技术预裂切缝现场试验效果单孔单孔双孔多孔灰岩聚能爆破效果花岗岩聚能爆破效果采用具有特殊结构的恒阻大变形装置，使锚索支护既 具有恒阻条件下抵抗变形的功能，又具有抵抗冲击变形 能量的功能 技术原理技术参数增大锚索恒阻力锚索延伸量达到0.31.0 m可以充分适应冲击大变形对延伸量的要求，解决了传 统锚杆索变形断裂问题恒阻大变形锚索支护技术锚索托盘恒阻大变形装置锚索二、留巷综采工作面概况 （一）地质概况33101综采工作面位于矿井三盘区3-1煤，为三盘区首采工作面，该工作面地质构造简单，总体为一向北西倾斜的单斜构造，呈宽缓波状起伏，倾角13。工作面范围内煤层近水平搌

10、布。工段面北部为F3断层，南部为33102综采工作面，地面为典型的侵蚀性丘陵地貌，沟壑纵横，地表无河流和永久性水体。煤层比较稳定，厚度1.8-1.95米，埋藏深度为20-80米。二、留巷综采工作面概况 （一）地质概况根据工作面及邻近钻孔看，直接顶为砂质泥岩，厚度2-5米，老顶为砂质泥岩，厚度5-12米，老底为砂质泥岩，厚度为6.49-19.5米。该面正常涌水量为0.3m/h，最大涌水量为1m/h，该面瓦斯相对涌出量为1.96m/t，瓦斯绝对涌出量为0.70m/min。煤层有煤尘爆炸危险性，煤层为一级容易自燃煤层。二、留巷综采工作面概况 （二）生产技术条件33101综采工作面面长202.8米，走

11、向长度830米，工作面可采储量43.4万吨，工作面采用综合机械化一次采全高回采工艺。工作面主运顺槽采用锚网索支护，顶锚杆长度为2米，间排距为900*2000mm，锚索长度6.3米，单排布置，排距3.6米。支护断面如图1-1所示。工作面采用“三八”制作业，平均每天进尺6.5米。三盘区综采工作面回采留巷期间运输系统图运料运煤三盘区综采工作面回采留巷期间通风系统图进风乏风三、留巷方案沿空留巷共有四个主要工序 二是切顶爆破孔的施工及预裂爆破三是回采过程中后尾留巷的支护四是单体的回撤一是恒阻锚索的施工三、留巷方案（1）为了防止切顶过程和周期来压期间巷道的稳定，在实施顶板预裂切缝前采用恒阻大变形锚索加固巷

12、道。恒阻大变形锚索直径为21.8mm，长度7000mm，恒阻值为35t，恒阻器外径为68mm。（2）恒阻大变形锚索离右帮600mm处布置一排，排距为1200mm。沿铅垂方向布置，预紧力30t。工艺要求1、恒阻锚索施工工艺要求三、留巷方案 （3）恒阻大变形锚索处添加钢筋梯作为横撑，并利用钢筋梯将原有锚杆托盘加固与恒阻大变形锚索形成整体连接。（4）恒阻器为直径75mm钻头扩孔后安装，扩孔深度0.5米。（5）恒阻大变形锚索施工要求：间排距：100mm；锚固长度：1500mm；锚固力：45t；预紧力：30t2t；锚固后锚索外露长度：200250mm。工艺要求1、恒阻锚索施工工艺要求三、留巷方案1、恒阻

13、锚索施工工艺要求恒阻锚索施工我矿采用的是MTQ-130/3.2型锚杆机，钻杆采用型号B221000mm，钻头型号为30mm合金钻头。每台锚杆机配备三人，每班施工锚索数量为8个。施工过程中又对CMJ14型煤矿用液压钻车进行改进，使该钻车又同时能施工恒阻锚索孔。采用液压钻车施工锚索孔单孔时间为25分钟，一班最大施工量为12个锚索孔。现场施工三、留巷方案2、切顶爆破孔的施工及切顶爆破施工 （1）顶板恒阻大变形锚索加固后，超前工作面60-80m，按设计参数施工双向聚能拉伸爆破孔，沿工作面推进方向，依次进行预裂爆破，形成切顶缷压预裂切缝线。切顶卸压预裂切缝深度为6000mm，沿与铅垂方向15布置。（2）

14、双向聚能管采用特制聚能管型号BTC-1500，双向聚能管外径为42mm，内径为36mm，管长1500mm。（3）由于顶板为复合砂岩、泥岩顶板顶板，故需现场试验确定爆破孔间距，分别进行单孔、双孔、连续多孔爆破实验，以确定装药量与爆破孔眼距。施工技术要求三、留巷方案 现场施工预裂爆破孔的施工，我矿采用CMJ14型煤矿用液压钻车。该钻机为我矿与华泰钻机厂共同开发研制，为煤矿切顶卸压沿空留巷专用钻孔设备，用于切缝预裂爆破孔的施工，该钻车适应巷道断面最小宽度3米，最小高度2.2米，竖直角0-21度，可钻进单向抗压强度小于60MPa的围岩。可实现一次定位连续7个孔施工。同时能够兼顾恒阻锚索孔的施工。施工时

15、间15分钟，班施工最大工作量为20个，平均每班施工量为14个(包括6个锚索扩孔)。2、切顶爆破孔的施工及切顶爆破施工三、留巷方案 现场施工预裂爆破采用试验的方法确定了装药量，孔深5米确定的装药量为四二型，即采用两个聚能管（聚能管长度1.5米），第一个聚能管装四卷药（炸药药卷长度300毫米，重量300克），第二个聚能管装二卷药，孔口封泥长度2米，单孔装药量为1.8公斤。2、切顶爆破孔的施工及切顶爆破施工三、留巷方案现场施工自回采里程165m处预裂切缝孔深度由5米调整为6米，角度由15调整为10，孔深6米确定的装药结构为四三二型，即采用三个聚能管（第一、二根聚能管长度1.5米，第三根聚能管长度为1

16、米），第一个聚能管装四卷药（炸药药卷长度300毫米，重量300克），第二个聚能管装三卷药，第三个聚能管装两卷药，孔口封泥长度2米。单孔装药量为2.7公斤。（见图1-3）至回采里程385m处装药结构调整为三二二，至440m处恒阻锚索距切缝孔间距调整为300mm，角度由10调整为15。2、切顶爆破孔的施工及切顶爆破施工三、留巷方案现场施工预裂爆破效果通过窥视仪观察，沿巷帮形成的两条裂缝比较明显，裂缝形成的深度为孔口0.9米到孔底处。爆破后炮孔窥视显示裂缝率为84.%。2、切顶爆破孔的施工及切顶爆破施工三、留巷方案现场施工沿空留巷后20米超后支护采用的是一梁三柱走向棚配合4台切顶支架进行联合支护。由

17、于巷道底板较软及切顶架破坏恒阻锚索，切顶支架未能靠近巷帮（切顶孔的位置），距切顶孔距离1米。切顶线处采用单体配合工字钢支护，单体排距0.6米，切顶支架后方采用一梁三柱倾向棚进行支护，即一根棚梁配三根单体。3、沿空留巷后尾支护三、留巷方案现场施工沿空留巷后20米超后支护采用的是一梁三柱走向棚配合4台切顶支架进行联合支护。由于巷道底板较软及切顶架破坏恒阻锚索，切顶支架未能靠近巷帮（切顶孔的位置），距切顶孔距离1米。切顶线处采用单体配合工字钢支护，单体排距0.6米，切顶支架后方采用一梁三柱倾向棚进行支护，即一根棚梁配三根单体。3、沿空留巷后尾支护沿空留巷老塘支护图三、留巷方案现场施工根据设计，距离工

18、作面回采位置200米处开始回撤留巷巷道内的单体，回撤单体根据顶板破碎完整程度及巷道压力大小不同分别采取两种回撤方案。对于顶板比较破碎、巷道压力较大地段，采取隔排回撤单体，单次回撤长度20m，并设置观测点进行观测。对于顶板完整、巷道压力较小地段，采取全部回撤，单次回撤长度20m，并设置观测点进行观测。4、单体的回撤三、留巷方案现场施工我矿采用的是回撤顶板较好的一段，对损坏的锚杆进行了补打，采用20米范围内的单体进行全部回撤的方式。4、单体的回撤 33101沿空留巷试回撤段顶底板位移观测记录表 33101沿空留巷段顶板位移记录表33101沿空留巷段顶板位移记录表33101沿空留巷段顶板位移记录表四

19、、留巷效果分析 目前33101综采工作面已回采350米，通过安装的恒阻锚索压力计、支架压力检测仪、顶板离层仪、固定测点等观测，结果如下，顶底板移近量：每5米设置一处观测点，顶板最大下沉为110m处23#点，下沉量为110mm，平均下沉为20-30mm，周期来压后，顶板压力释放，顶板基本趋于稳定；矿压显现情况：初次来压主运顺槽53.5m，辅运顺槽45.5m，初次来压平均垮落步距为49.5m；周期来压步距为18-20m；巷帮变化情况：煤壁压力明显，伴随少量片帮现象；底鼓量100-500mm，平均200mm。底鼓主要是因为底板为泥岩，遇水膨胀造成，切顶支架对底板也有一定的破坏作用。20米回撤单体段对

20、顶板进行观测，共设置顶底板观测点11个，经过观察，均没有下沉。帮部剩余单体压力没有变化。五、留巷成本分析33101工作面主运顺槽2015年8月份开始实施切顶卸压沿空留巷，主运顺槽沿空留巷长度830m，平均煤厚1.95m。按已经留巷的300米进行测算。（一）计算依据掘进巷道：顺槽掘进300m；1条煤柱10m宽，煤厚1.95米。切顶卸压留巷：300m。（二）按常规布置工作面成本情况根据我矿目前的测算，顺槽掘进成本为2284.35元/米。成本构成为：人工费、材料费，机械费，辅助费。按自有队伍进行测算。外包队伍高于此单价。（三）按切顶卸压沿空留巷布置工作面成本情况按切顶卸压沿空留巷：按300米测算。五

21、、留巷成本分析1、人工费用（1）预裂切缝孔费用：每班出勤2工，施工预裂切缝孔16个，切缝孔规格486000mm，每300米共需要75工完成，每个工240元/天。300米合计费用：240元75工=18000元。60元/米。（2）恒阻大变形锚索费用：每班出勤3工，施工锚索8根，锚索间距1.2m，锚索规格21.87000mm，需要93.75工完成，每个工240元/天。打锚索费用：240元93.75工=22500元。75元/米。五、留巷成本分析（3）预裂切缝爆破费用：每班出勤6工，爆破15米，需要120工完成，每个工240元/天。爆破费用：240元120工=28800元。96元/米。（4）回采工艺不同

22、增加人工费用：留巷支护每班4人，每天8人，每天平均回采6.5米，需要369.23工完成，每个工240元/天，240元369.23工=88615.2元。295.38元/米。人工费用总计：157915.2元，平均每米人工费用：526.38元/米。五、留巷成本分析2、材料费用（1）消耗材料类过渡连杆：型号HQ060012（B25），每米消耗0.12根，每根78元，费用780.12=9.36元/米。钎杆：型号B25，每米消耗0.11根，每根58元，费用580.11=6.38元/米。钻头：型号48mm，每米消耗0.033个，每个185元，费用1850.033=6.11元/米。钻头：型号76mm，每米消耗

23、0.0033个，每个650元，费用6500.0033=2.15元/米。钎杆：型号B22，每米消耗0.04根，每根90元，费用900.04=3.6元/米。五、留巷成本分析钻头：型号32mm，每米消耗0.04个，每个75元，费用750.04=3元/米。液压油：型号L-HV46，每桶3000元，共用2桶，费用30002300=20元/米。过渡连杆：型号HQ060012（B25），每米消耗0.12根，每根78元，费用780.12=9.36元/米。钎杆：型号B25，每米消耗0.11根，每根58元，费用580.11=6.38元/米。钻头：型号48mm，每米消耗0.033个，每个185元，费用1850.03

24、3=6.11元/米。钻头：型号76mm，每米消耗0.0033个，每个650元，费用6500.0033=2.15元/米。五、留巷成本分析钎杆：型号B22，每米消耗0.04根，每根90元，费用900.04=3.6元/米。钻头：型号32mm，每米消耗0.04个，每个75元，费用750.04=3元/米。液压油：型号L-HV46，每桶3000元，共用2桶，费用30002300=20元/米。恒阻大变形锚索:规格21.87000mm，每米支护0.833套，每套278.73元，费用278.730.833232.18元/米。8#铅丝菱形网:规格：0.95米，每米支护0.7143张，每张65.25元。费用65.2

25、50.714346.61元/米。五、留巷成本分析6mm钢筋网：规格：1.12.2米，每米支护0.4763张，每张21.05元。费用21.050.476310.03元/米。聚能管：双向聚能爆破管（1.5m），内径36毫米，外径42毫米，每米用量5.33根，每根35元。费用355.33=186.55元/米。炸药：每米2孔，每孔8卷，每卷300克，每公斤9.5元，费用820.39.5=45.6元/米。毫秒雷管：每米2孔，每孔3发，每发3.53元，费用:323.53=21.18元/米。以上费用合计：592.75元/米。五、留巷成本分析恒阻大变形锚索:规格21.87000mm，每米支护0.833套，每套

26、278.73元，费用278.730.833232.18元/米。8#铅丝菱形网:规格：0.95米，每米支护0.7143张，每张65.25元。费用65.250.714346.61元/米。6mm钢筋网：规格：1.12.2米，每米支护0.4763张，每张21.05元。费用21.050.476310.03元/米。聚能管：双向聚能爆破管（1.5m），内径36毫米，外径42毫米，每米用量5.33根，每根35元。费用355.33=186.55元/米。炸药：每米2孔，每孔8卷，每卷300克，每公斤9.5元，费用820.39.5=45.6元/米。毫秒雷管：每米2孔，每孔3发，每发3.53元，费用:323.53=2

27、1.18元/米。以上费用合计：592.75元/米。五、留巷成本分析（2）可回收及折旧设备类矿用11#工字钢:每米支护92.22公斤，每公斤3.8元，按15折旧率计算，费用92.223.81552.57元/米。单体支柱：型号DW28，每米支护4.5根，每根758元，按15折旧率计算，费用7584.515=511.65元/米。监测设备费用：100米按15000元计算，费用15000100=150元/米。专用钻车费用：设备折旧37.5元/米。以上费用合计：751.72元/米。五、留巷成本分析（3）每米巷道成本（留巷）人工费用合计：526.38元/米消耗材料费用合计：592.75元/米可回收折旧类设备

28、费用合计：751.72元/米处理巷道底板及重新铺设地坪费用：400元/米辅助费用合计：200元/米合计费用：2470.85米（4）煤柱回收量回收的煤柱量：1.95103001.35=7897.5吨。类型名称规格型号每米巷道消耗每米费用 （元/m）单价备注消耗材料类过渡连杆HQ060012（B25）0.129.3678元/根300m损坏36根过渡连杆钎杆B250.116.3858元/根300m损坏33根过B25钎杆钻头48mm0.0336.11185元/个300m损坏10个48mm钻头钻头76mm0.00332.15650元/个300m损坏1个75mm钻头钎杆B220.043.690元/个300

29、m损坏12根B22钎杆钻头32mm0.04375元/个300m损坏12个32mm钻头恒阻大变形锚索21.87000mm0.833232.18278.73元/套锚索采用21.8mm钢绞线制成，长度7m,锚索支护间距为1.2m；配合恒阻器HZS35-300-0.5、20020014mm钢板大托盘组成/2卷ck2335锚固剂、2卷k2360锚固剂；聚能管BTC-15005.33186.5535元/根一个炮眼用2根1500mm聚能管，一根1000mm聚能管炸药二级煤矿许用乳化炸药4.845.69.5元/kg一个炮眼装8卷药，每卷300g，1m2个炮眼需要4.8kg炸药雷管毫秒雷管621.183.53元

30、/发每个聚能管1发雷管，1m需要6发雷管钢筋网6mm11002200mm0.476310.0321.05元/张搭接100mm菱形网8#铅丝9005000mm0.714346.6165.25元/张搭接100mm液压油46#0.0067203000元/桶300m使用2桶可回收及折旧设备类单体支柱DW284.5511.65758元/根单体支柱按15%折旧率计算工字钢梁矿用11#92.22kg52.573.8元/kg工字钢梁按15%折旧率计算监测设备费0.051503000元/套按每100m使用5套监测设备（试验期间）煤矿用液压钻车CMJ14G37.5按每米37.5元折旧计算人工费预裂切缝孔0.2560240元/工每班2人打眼16个施工恒阻锚索0.312575240元/工每班3人施工锚索8根，锚索间距1.2m预裂爆破0.496240元/工每班6人爆破15m回采时新增人工费用1.23295.38240元/