煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术研究

煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术研究

焦杰

陕西能源凉水井矿业有限责任公司

摘要：本论文旨在研究解决煤矿坚硬厚层顶板下留巷工作面切顶卸压技术的问题，以提高工作面的安全性和生产效率。通过分析矿山地质特征、巷道结构和采煤设备，提出了一种综合的技术方案，包括切顶卸压方法、支护结构设计以及定期检查维护策略。实地应用表明，该技术方案在提高工作面安全性的同时，也有效提高了煤炭生产效率，具有广泛的应用前景。

关键词：煤矿；坚硬厚层；顶板切割；卸压技；支护结构；

引言：

煤矿开采中，遇到坚硬厚层顶板下留巷工作面的安全和高效开采一直是一个挑战性问题。这些厚层的顶板通常具有高强度和较大的自重压力，容易导致巷道坍塌、支护失效以及采煤设备操作困难等问题。因此，开发一种切顶卸压技术以解决这些问题至关重要。本研究旨在研究煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术，通过综合考虑地质特征、巷道结构和采煤设备，提出一种综合的技术方案，以提高工作面的安全性和生产效率。

一、研究方法

1.1 地质特征分析

地质特征分析是研究煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术的重要第一步。详细的地质特征分析有助于全面了解工作面所处的地质环境，为制定有效的切顶卸压策略提供基础。

1.1.1顶板岩性：对顶板岩性进行详细的描述和分类，包括岩石类型、岩石强度、岩层的分布情况等。不同岩石类型可能对工作面的稳定性产生不同的影响，因此需要充分了解顶板的岩性。

1.1.2顶板厚度：确定顶板的实际厚度以及不同区域的厚度变化情况。顶板的厚度直接影响到自重压力的大小，因此需要准确的测量和记录。

1.1.3顶板自重压力：估算顶板的自重压力，这是由于顶板的自重而导致的顶板向下施加在工作面上的垂直力。自重压力的大小受到顶板厚度和岩石密度的影响，是切顶卸压技术设计的关键参数。

1.1.4断层情况：识别和记录任何存在的断层或岩层的错动情况。断层可能导致地质构造的不均匀性，影响到顶板的稳定性。

1.1.5地下水位：了解地下水位的深度和波动情况，因为地下水可能会影响到顶板的稳定性和工作面的支护需要。

1.1.6地质勘探数据：使用地质勘探数据，包括钻孔数据、地质剖面和地下勘探图，来更全面地理解地下岩层的分布和特性。

1.1.7地质风险评估：基于地质特征的分析，进行地质风险评估，确定可能的地质风险因素，如岩层开裂、断层活动和地下水渗透等，以制定相应的应对策略。

1.2 切顶卸压方法

为应对煤矿坚硬厚层顶板的挑战，我们提出了一种切顶卸压方法，旨在通过有效的工程手段减轻顶板的自重压力，提高工作面的安全性和开采效率。

1.2.1预先探测：在工作面开采前，使用先进的地质雷达和声波探测仪对顶板进行详细的预先探测。这一步骤的目的是确定厚层岩石的分布、结构和特性，以便更好地制定切顶卸压方案。

1.2.2切割技术：选用高效的切割设备，如专用切割机械或冷钢刀，对顶板进行切割。切割的深度和方式应根据预先探测的结果和自重压力的计算确定。切割过程要谨慎进行，确保不会引发岩层破碎或坍塌。

1.2.3卸压支护：切割完成后，立即进行卸压支护工作。这包括以下几个方面：1）喷浆注浆：使用高强度的注浆材料填充切割区域，以加强顶板的支护能力。注浆应均匀分布，确保充分填充空隙。2）锚杆支护：在需要的区域安装锚杆，通过预应力锚杆技术增加支护结构的稳定性，防止岩层移动和开裂。3）钢架支撑：根据需要，布置合适的钢架支撑，确保顶板的持续稳定。支撑结构应符合工程设计和安全要求。

1.2.4定期监测：建立定期的巷道监测系统，包括应力监测仪器和变形测量设备。通过实时监测顶板的应力状态和变形情况，及时发现异常，采取维护和加固措施，以保障工作面的安全。

1.3 支护结构设计

支护结构的设计是切顶卸压技术中至关重要的一环，它需要根据不同的地质条件和采用的切顶卸压方法来确保巷道的稳定性和安全性。

1.3.1岩层分析：首先，对地质条件进行详细分析，包括岩层的岩性、强度、厚度和断层情况。这些信息将帮助确定支护结构的类型和参数。

1.3.2支护结构类型：根据岩层分析的结果和切顶卸压方法，选择合适的支护结构类型。常见的支护结构包括：1）锚杆支护：通过预应力锚杆加固巷道的顶板和侧壁，提高支护结构的稳定性。2）喷浆注浆：使用高强度注浆材料填充巷道的裂隙和孔隙，增加巷道的强度。3）钢架支撑：根据巷道尺寸和需要，设置合适的钢架支撑来承受顶板的自重压力。4）混凝土支护：在巷道壁面喷涂或浇筑混凝土来增加支护结构的强度和稳定性。

1.3.3参数设计：根据选定的支护结构类型，设计支护结构的具体参数，包括锚杆的数量和布置、注浆材料的种类和用量、钢架的尺寸和间距等。这些参数应根据地质条件和工程要求进行合理调整。

1.3.4施工技术：确定支护结构的施工技术和步骤，确保支护结构的质量和稳定性。这包括锚杆的张拉和锚固、注浆的施工工艺、钢架的安装等。

1.3.5定期检查维护：建立定期的巷道检查和维护计划，监测支护结构的状态，并及时进行维护和修复。定期检查包括支护结构的变形、裂缝和松动情况等。

1.3.6安全管理：制定巷道安全管理措施，包括安全标志设置、通风设备安装和应急预案制定，以确保在发生紧急情况时能够采取及时的措施保障人员的安全。

二、研究结果

经过实地应用和验证，我们成功地采用了提出的煤矿坚硬厚层顶板切顶卸压技术。以下是我们的研究结果总结。

2.1提高工作面的安全性：采用切顶卸压方法后，我们成功减轻了顶板的自重压力，这对于提高工作面的安全性至关重要。通过有效地减轻自重压力，我们显著降低了巷道坍塌和支护结构的失效风险。

2.2改善生产效率：切顶卸压技术的应用不仅提高了工作面的安全性，还有助于改善生产效率。减轻顶板的自重压力意味着更少的支护工作和更顺畅的采煤操作，从而提高了煤炭生产的效率和产量。

2.3支护结构的有效性：我们的研究还确认了设计的支护结构的有效性。通过喷浆注浆、锚杆支护、钢架支撑等手段，我们成功地维护了巷道的稳定性，确保了工作面的安全开采。

2.4定期监测和维护：我们建立了定期的巷道监测和维护体系，通过应力监测仪器和变形测量设备对顶板进行定期监测。这一体系确保了对巷道状态的持续关注，并能够及时发现和处理任何异常情况，从而进一步提高了工作面的安全性。

2.5安全保障措施：我们还强调了安全管理措施的必要性，包括设置安全标志、通风设备的安装和制定应急预案。这些措施为矿山工作面的安全提供了额外的保障，确保在紧急情况下能够迅速采取行动。

结论：

本研究提出的煤矿坚硬厚层顶板沿空留巷工作面切顶卸压技术为矿山开采提供了一种有效的解决方案。该技术综合考虑了地质条件、切顶卸压方法和支护结构设计，并通过定期监测和维护确保了工作面的安全性。此技术在提高煤炭生产效率的同时，也为矿山安全生产提供了可行的路径。本研究还需要进一步的实验和验证，以适应不同地质条件和工程环境下的应用。希望这一研究可以为煤矿工程领域的安全生产和高效开采提供有价值的参考和指导。

参考文献：

[1] 别小飞,王文,唐世界,等.深井高应力切顶卸压沿空掘巷围岩控制技术[J].煤炭科学技术.2020,(9).

[2] 王海锐.双向聚能爆破预裂技术在沿空留巷中应用[J].煤矿现代化.2020,(4).

[3] 云明,郑洪运,李廷春,等.邱集煤矿1102工作面切顶留巷支护设计及矿压实测[J].煤矿安全.2021,(3).