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贵州矿山领域亮出顶板坍塌防控技术“组合拳”

中国煤炭报

特约通讯员 闫作厚

2025-03-20


   贵州省内煤矿由于受到近距离煤层群开采、地质构造复杂多变、高瓦斯、水害等主要因素的影响,在生产过程中面临煤岩巷道变形严重、巷修率较高、顶板事故率较高、成本高、风险大等突出问题,不少煤矿因此出现采掘失调,也因为巷道围岩控制和顶板管理不当导致瓦斯、水害等事故的发生,严重制约了煤矿安全经济高效生产和高质量发展。为此,国家矿山安全监察局贵州局联合有关单位成立专门科技研发团队,创新研究和实施顶板坍塌防控新型适用技术。


   巷道围岩协同锚固技术


   通过研究和建立锚杆(索)长度与直径、布置密度、钻装角度、预紧力、锚固力、连锁方式等主要变量之间的协同关系,从多层次多角度实现锚杆-锚索-围岩结构协同、长度协同、角度协同、布置密度协同、强度协同、刚度协同、预紧力协同、锚固力协同、作用时机协同和变形协同等协同锚固机制,促使巷道围岩锚固系统产生“1+1>2”的协同作用和协同效应,提高其承载能力和抗变形能力、整体稳定性和适应性,并建立巷道围岩协同锚固技术体系,从而有效解决巷道围岩变形大甚至冒顶、重复修巷、控制难、成本高、隐患多、风险大等问题和难题。


   沿空留巷无煤柱开采技术


   传统沿空留巷开采,更多是将上一个工作面的回采巷道留做下一个工作面的回采巷道,还没有真正形成全面留巷的局势。对于具备条件的煤矿,推行沿空留巷无煤柱开采,每个工作面少掘一条巷道,多采出一条煤柱资源,可提高采区煤炭回采率10-20%,降低巷道掘进率30-50%。 按照“有用就留,能留尽留”的沿空留巷目标,创新提出“一巷多用,一巷尽用,一巷久用”的巷道功能与留巷定位,若留巷能实现Y型通风,还可以用来通风、运输、治理本煤层或临近煤层瓦斯、排水等,有效解决掘进效率低、采掘失调等问题,经济效益和技术优势凸显。


   孤岛工作面“双留巷”开采技术


   受到系统和采区采面布局的影响,有些煤矿在生产过程中会形成孤岛工作面,通常因担心回采巷道和工作面顶板管理不住而放弃开采,确实丢掉了部分资源。金沙县安能煤矿就存在从采区两头向中间开采,最终形成10913孤岛工作面。根据现场条件,技术团队将临近两个工作面回采巷道保留下来,即把10915运输巷留作10913回风巷,把10911回风巷留作10913运输巷,从而实现10913孤岛工作面“零巷道掘进”。经专家组现场验收和鉴定,认为该项技术首次实现了特定条件下孤岛工作面“双留巷”开采,填补了国内在该领域的技术空白。目前,该团队在金沙县龙宫二号井又完成两个孤岛工作面“双留巷”布局,并将在其他具备条件的孤岛工作面实施留巷或留小煤柱开采。 


   沿空掘巷开采技术


   对于不具备沿空留巷开采条件的煤层,只能采取沿空掘巷留煤柱或零煤柱开采。技术团队提出“能小则小、能无则无”的留小煤柱或零煤柱目标,并建立与之相适的控制技术。留煤柱沿空掘巷是煤矿最常用的开采方式,通过留设煤柱来增强巷道的稳定性,防止采空区的水与有害气体串入巷道。设计好煤柱宽度,做好上下采面巷道两帮的合理控制,使煤柱具有相适的承载能力和抗变形能力,是沿空掘巷留煤柱开采的关键所在。

   针对留小煤柱沿空掘巷,建立“夹板原理”和“三度控制”法则,提升留小煤柱的稳定性和适应性。“夹板原理”是通过锚杆、锚索、锚网、钢带的协同作用,在煤柱两侧形成将煤柱“夹住夹牢”的协同锚固结构,从而有效防止煤柱在采动影响下发生片帮、垮帮、压裂或压碎等情况,使煤柱发挥应有的承载能力和抗变形能力,以此减少应力传递和对下一个工作面回采巷道的影响与破坏。“三度控制”法则是指对煤柱的协同锚固,形成具有一定厚度、强度和刚度的煤柱锚固结构。零煤柱沿空掘巷需要满足一定的条件才能实施,可更好实现多采煤炭资源的目的。

 

   切顶卸压技术


   切顶卸压是矿山安全开采的有效方式,无论是沿空留巷的巷道,还是需要保护的巷道,包括工作面坚硬顶板放顶,通过采用定向爆裂、水力压裂或布置密集眼等方式切顶卸压来进行控制。即基于巷道顶板上覆岩层运移规律,分析巷道侧向顶板的结构性能、活动规律及失稳特征对巷道控制结构稳定性的主要影响,研究保留或保护巷道顶板“锚固-切顶-落矸-支护”协同关系,及其它改善覆岩结构位态和区域应力场分布的相互作用规律,在进行巷内顶板协同锚固的基础上,通过确定合理的切顶位置、切顶方式、切顶参数来减弱采动应力对保留巷道的影响和破坏,为增强保留或保护巷道稳定性和适应性控制打好基础。

   国家矿山安全监察局贵州局鼓励矿山企业因矿施策、因地制宜,积极推广应用顶板坍塌防控技术,创新建立“213191”安全开采目标,“21”目标包括“新掘巷道一次成巷”和“修复巷道一次修成”;“31”目标包括“一巷多用、一巷尽用和一巷久用”,即“一巷三用”;“91”目标包括“锚杆(索)高锚固力与高预紧力、锚固结构高强度与高钢度、锚固结构高稳定性与高适应性、巷道高效掘锚、煤炭资源与工作面高效回采、高性能生产设备和材料、低事故与成本”,即“9高1低”。一年来,顶板坍塌防控技术“组合拳”在贵州能源集团、六盘水恒鼎公司、湾田煤业集团有限公司、大西南矿业有限公司、朗月矿业投资有限公司等四十多个煤矿得到了成功应用,取得了明显成效。

 



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