煤矿切顶卸压沿空留巷作业规程.docx
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煤矿轨道顺槽切顶卸压自动成巷
作业规程
单位:
队长:
编制:
时间:
2016年月日
1
目录
二、落实意见 2
目录 2
第一章工程概况 2
第一节工作面概况 2
第二节围岩特征及地质构造 2
第三节留巷接续情况 2
第四节水文地质 2
第五节瓦斯与煤尘 2
第二章施工工艺 2
第一节巷道加固支护及挡矸措施 2
第二节爆破预裂切缝 2
第三章爆破预裂切缝设备配置 2
第四章矿压监测 2
第五章工程质量标准及评估统计 2
第一节工程质量标准 2
第二节机电设备管理及文明卫生管理标准 2
第六章劳动组织 2
第一节劳动切缝作业方式 2
第二节施工组织 2
第三节劳动组织 2
第六章安全技术措施 2
第一节危险源辨识 2
第二节安全管理组织及保证 2
第三节入井安全措施 2
第四节钻孔安全措施 2
第五节恒阻锚索施工安全技术措施 2
第六节锚固力试验安全措施 2
第七节爆破预裂切缝安全措施 2
第八节“一通三防”安全技术措施 2
第九节顶板支护及挡矸安全技术措施 2
第十节喷浆安全技术措施 2
第十一节辅助运输安全技术措施 2
第十二节节能环保及其他方面 2
第七章避灾系统 2
第八章规程贯彻学习和考试 2
43
第一章工程概况
第一节工作面概况
井下工作面为十三采区首采面,西为21305综采工作面,东为21303综采工作工,南为F20断层保护煤柱,北为二水平南翼轨道大巷、二水平南翼胶带大巷。
井下工作面切眼长度180m,顺槽长度1460m,切眼至停采线长度1300m,煤厚2.6-4.3m,平均煤厚3.1m,煤层倾角2-7°,平均4°。
井下工作面轨道顺槽为沿空留巷巷道,巷道沿二2煤层掘进,设计断面为矩形,掘进断面巷高3.0m,巷宽4.4m,净断面巷高2.8m,巷宽4.2m。
工作面巷道布置如图1所示。
图1井下工作面巷道布置图
第二节围岩特征及地质构造
井下工作面埋深835-915m,煤层直接顶为泥岩,厚度2.7-2.99m,均厚2.85m;老顶由均厚为3.76m的细粒砂岩和均厚为5.23m的粉砂岩组成;直接底为粉砂岩,均厚0.86m,老底由均厚3.26m的粉砂岩和均厚为9.16m的细砂岩组成。
工作面综合柱状图如图2所示。
为了进一步掌握巷道顶板岩性,在井下工作面轨道顺槽每间距100m施工一个顶板钻孔,共施工14个钻孔,钻孔深度12-15m,钻孔柱状图如图3所示。
图2井下工作面综合柱状图
图3井下轨道顺槽顶板岩性探测图
井下综采工作面整体呈一宽缓的向斜构造,煤层倾角最大7°,最小1°,平均约3°。
从工作面三维地震勘探资料及巷道掘进期间实际揭露情况看,工作面面内小构造较发育,工作面范围内累计存在断层23条,落差最大3.2m,最小0.6m,落差大于3m的断层1条(F1304G-13),其余断层落差均小于3m。
根据巷道实际揭露,井下轨道顺槽通尺230~246m段揭露煤层变薄带,煤厚小于1.6m,通尺136~194m段煤层赋存异常,煤厚最薄处为0.52m,对工作面回采有一定的影响。
工作面地质构造情况见表1。
表1井下综采工作面地质构造情况表
构造
名称
实见位置
走向(°)
倾向(°)
倾角(°)
断层
性质
落差(m)
对回采
影响程度
FN-1
二水平南翼胶带大巷SYP14前5.5m
146
56
40
正断层
1.3
无影响
F1304G-1
1304G6点前47m
189
279
43
正断层
1.0
无影响
F1304G-2
1304G9点前57m
177
87
54
正断层
2.6
无影响
F1304G-3
1304G12点前40m
217.5
307.5
46
正断层
1.3
一定影响
F1304G-4
1304G13点前50m
300
210
50
逆断层
1.1
一定影响
F1304G-5
1304G13点前54m
264
354
43
正断层
1.7
一定影响
F1304G-6
1304G14点前21m
220
130
50
正断层
1.3
一定影响
F1304G-7
1304G14点前28m
137
47
43
正断层
1.1
一定影响
F1304G-8
1304G15点前36m
122
212
53
逆断层
2.1
一定影响
F1304G-9
1304G16点前35m
49
139
58
正断层
1.1
一定影响
F1304G-10
1304G18点前56m
180
90
45
正断层
0.6
无影响
F1304G-11
1304G19点前49m
119
209
40
正断层
1.9
一定影响
F1304G-12
1304G20点前25m
53
143
46
正断层
1.4
一定影响
F1304G-13
1304G22点前54m
128
218
55
正断层
3.2
无影响
F1304P-1
1304P3点前6m
90
0
43
正断层
2.2
无影响
F1304P-2
1304P3点前41m
41
131
72
正断层
0.8
无影响
F1304P-3
1304P5点前14m
45
135
40
正断层
1.9
一定影响
F1304P-4
1304P12点前24m
124
214
43
正断层
1.6
一定影响
F1304P-5
1304P13点前13m
50
140
50
正断层
0.8
一定影响
F1304P-6
1304P16点前7m
251.5
341.5
67
正断层
1.4
一定影响
F1304P-7
1304P18点前61m
182
272
55
逆断层
0.7
一定影响
F1304P-8
1304P21点前37m
117.5
207.5
43
正断层
2.9
无影响
F1304P-9
1304P23点前50m
232
322
51
正断层
2.9
无影响
第三节留巷接续情况
井下综采面为哈拉沟煤矿首个切顶卸压沿空留巷工作面,井下轨道顺槽实行切顶卸压沿空留巷后,作为相邻21305综采工作面皮带顺槽使用。
井下综采面从切眼回采时即开始沿空留巷,留巷至停采线,切顶卸压沿空留巷长度为1300m。
采掘接续关系如图4所示。
图4井下工作面与21305工作面接续关系示意图
第四节水文地质
井下工作面为十三采区首采面,根据工作面巷道掘进期间及底板改造钻孔实际揭露水文地质情况分析,工作面外段水文地质条件简单,工作面里段水文地质条件复杂。
工作面直接充水水源为二2煤层顶、底板砂岩裂隙水(Ⅱ3),工作面底板改造期间在轨道顺槽19#钻场及胶带顺槽8#钻场分别施工2个顶板砂岩水探查孔,终孔层位为二2煤层顶板以上42~52m,各孔水量均小于0.5m3/h,水压为0.5~2.5MPa,证明工作面里段二2煤层顶板砂岩与F20断层下盘奥灰之间无水力联系,但有一定的富水性,主要以消耗静储量为主,疏干期约为4~6个月;间接充水水源为太原组上段灰岩(L11、L10、L9、L8),各灰岩上距二2煤底板分别约46m、55m、63m、73m。
根据底板改造钻孔实际揭露水文地质情况分析,工作面里段二2煤层底板太灰与矿井边界F20断层下盘奥灰之间存在水力联系,太灰含水层实测水压最大为8.0MPa。
工作面自2015年7月23日开展灰岩水疏放工作,分别在胶带顺槽6#、8#钻场及轨道顺槽19#钻场施工放水钻孔,总放水量最大达到240m3/h,观测孔水压均出现大幅度下降,最大降幅达4.9MPa,即由最大值8.0MPa降到3.1MPa,达到了疏水降压的目的。
底板改造期间重点针对切眼两侧50m范围内二2煤层底板太灰进行注浆加固,同时持续开展灰岩水疏放工作,预计二2煤底板太灰含水层不会对工作面回采造成影响。
巷道掘进揭露各断层均无出水现象,底板改造期间针对断层破碎带进行重点布孔加固,结合后期瞬变电磁物探及钻探资料分析,断层均不导水;井下工作面为十三采区首采工作面,周边不受老空水威胁。
预计该工作面回采时正常涌水量为50m3/h,最大涌水量为300m3/h。
第五节瓦斯与煤尘
根据2013年瓦斯等级鉴定结果,相对瓦斯涌出量为1.49m3/t,绝对瓦斯涌出量为14.92m3/min,煤层瓦斯含量较低,属瓦斯矿井,预计井下轨道顺槽掘进期间最大绝对瓦斯涌出量为1.03m3/min。
经有关部门鉴定二2煤层煤尘无爆炸危险性,煤层为不易自燃(Ⅲ类)煤层。
第二章施工工艺
井下轨道顺槽切顶卸压自动成巷技术施工主要工艺流程:
恒阻锚索超前加固支护→施工切缝钻孔→沿设计切顶线爆破预裂切缝→留巷段加强支护及挡矸→喷浆封闭巷帮。
第一节巷道加固支护及挡矸措施
根据切顶卸压沿空留巷技术的特点及城郊煤矿以往工作面矿压显现规律,井下轨道顺槽加固支护措施主要分为三段:
一是井下轨道顺槽超前支护措施,即采用恒阻锚索对巷道进行超前加固支护;二是井下轨道顺槽留巷段架后0~100m范围,井下轨道顺槽留巷采用“单体液压支柱+工字钢”对巷道进行加固支护及挡矸;三是井下轨道顺槽留巷段架后超过100m范围,采用工字钢对巷道进行加固支护及挡矸,并采用喷浆的方式封闭巷道正帮。
(一)恒阻锚索加固支护措施
1、恒阻锚索加固支护相关参数设计
为了防止切顶过程中和采空区顶板周期来压期间留巷段顶板失稳或冒顶,采用恒阻锚索对巷道进行超前支护。
恒阻锚索直径为21.8mm,长度10000mm,恒阻值为33t±2t,恒阻器直径为65+3mm,恒阻器长度为500mm,恒阻锚索间排距为500mm×700(1400)mm,预紧力为28t。
恒阻锚索距切顶线为0.3m,切顶线距离巷道正帮为0.2m。
靠近工作面煤壁侧恒阻锚索相邻三根沿巷道走向用18#槽钢连接,槽钢加工尺寸如图5所示。
采用恒阻锚索超前加固巷道支护如图6、图7所示。
图5槽钢加工详图
注:
槽钢长度可根据现场实际情况适当调整。
图6巷道断面支护示意图(单位:
mm)
图7巷道断面平面支护示意图(单位:
mm)
2、恒阻锚索施工工艺
(1)井下轨道顺槽共设计两排恒阻锚索,间排距500mm×700(1400)mm,靠近工作面煤壁侧恒阻锚索距切顶线为300mm,距煤壁500mm。
恒阻器恒阻值33±2t。
(2)钻孔施工:
严格按照预先点设的眼位,采用Φ28mm金刚石复合片钻头施工钻孔,钻孔直径28mm,恒阻锚索外露长度为180~300mm;钻孔施工完毕后,采用直径75mm的专用扩孔钻头,将导向杆放入已钻好的小孔内连接钻机进行扩孔(小孔与大孔须同心),扩孔深度500mm。
(3)打恒阻锚索眼孔够深时钻机要反复升落2~3次,以便把眼孔内的碎矸冲洗干净。
(4)恒阻锚索锚固长度一般不小于m,批量安装前应做锚固力测试,必须保证恒阻锚索锚固力不小于450KN(45t),否则将影响使用效果。
每根恒阻锚索使用条锚固剂,通过一根600mm长的PVC导管将锚固剂送入小孔内,用钢绞线顶锚固剂至眼底,然后撤下导管,用锚索钻机边推进边搅拌,搅拌时间15~20s后停止搅拌,等待2~3min(具体搅拌时间和凝固时间务必以实际使用的锚固剂型号为准)后撤下钻机。
一般情况下,恒阻锚索外露180~300mm为宜,考虑现场施工条件,在满足恒阻锚索要求的前提下,可以减少恒阻锚索外露长度,防止支架对恒阻锚索造成破坏。
(5)预紧力施加:
恒阻锚索钢绞线锚固完成后,分别将300×300×12mm托盘或槽钢、恒阻器通过外露的恒阻锚索钢绞线穿进去,然后把恒阻器推入锚孔內,恒阻器托盘贴紧岩壁,然后把专用锁具穿过恒阻锚索钢绞线,锁具外锚环与恒阻器中恒阻装置贴紧,放好夹片,然后用恒阻锚索张拉机夹持恒阻锚索钢绞线进行张拉,张拉力值达到28t应停止张拉。
最后卸载,预紧力应控制在280kN(28t)为验收标准,撤下张拉机,完成安装。
待放炮距离超过20m后,为补偿爆破震动引起的预紧力损失,实施2次预紧,预紧力亦必须达到28t以上。
二、工作面采空区内留巷段巷道支护及挡矸措施
1、井下轨道顺槽留巷段架后0~100m范围内巷道加固及挡矸措施
井下轨道顺槽留巷段架后0~100m范围内,采用“单体液压支柱+工字钢”进行巷帮支护和挡矸。
巷道断面共设计四排单体支柱,靠近切缝侧单体支柱配合有11#工字钢进行档杆支护,间距600mm,工字钢高度3200mm,间距600mm,与单体支柱间隔布置,并采用8#铅丝将Φ4mm、网格为60×60mm冷拔丝网(长3m×宽0.8m)固定于单体支柱和工字钢上,该网主要用于挡小块矸石。
巷内设计有三排单体支柱,柱距800mm,排距700mm。
巷道支护及挡矸设计如图2-8所示,挡矸支护侧视图如2-9所示。
图1井下轨顺留巷段架后0~100m范围巷道断面支护示意图(单位:
mm)
图2-9超后挡矸支护侧视图
2、井下轨道顺槽留巷段架后超过100m范围巷道加固及挡矸措施
12201运顺留巷段架后超过100m范围,在矿压不大,顶板垮落充分、巷帮充填完整的条件下,回撤巷道内单体液压支柱支护,只采用工字钢进行巷帮支护和挡矸,工字钢间距为0.6m,巷道断面支护如下图所示。
12201运顺留巷段架后超过100m范围巷道断面支护示意图(单位:
mm)
第二节爆破预裂切缝
一、爆破预裂切缝设计
1、根据巷道现场条件及切顶卸压沿空留巷技术特点,确定巷道切顶孔距离巷道正帮为0.2m(即切缝线距离巷道正帮为0.2m),切顶孔直径为48mm,切顶孔与铅锤方向成15°,切顶孔孔深8m,孔间距为0.6m,每排1个切顶孔。
2、顶板恒阻锚索+槽钢加固后,由于恒阻锚索距切缝线距离较小,巷道顶板切缝侧在恒阻锚索的作用下形成一个固支结构,巷道顶板另一侧在煤体的支撑下也是一个固支结构,则巷道顶板在断面内就是两端固支的稳定结构,不会因顶板形成短臂梁造成顶板断裂事故。
因此,顶板恒阻锚索+槽钢加固后,在保证恒阻锚索超前加固支护≥20m的前提下,按设计参数施工切顶孔,沿工作面推进方向,依次采用聚能管装药的方式进行预裂爆破,形成切顶缷压预裂切缝线。
2、双向聚能管外径为42mm,内径为36.5mm,管长1500mm。
3、聚能爆破采用二级煤矿乳化炸药。
炸药规格为Φ32mm×200mm/卷。
4、根据井下轨道顺槽顶板岩性分析,拟采用以下爆破参数进行实验,最终的爆破参数需根据现场实验效果确定。
聚能管捅到孔底,孔口用炮泥封孔,装药量及封孔长度如图3-2、表3-1。
图3-2切缝炮孔间距及试验方案设计
表3-1爆破预裂切缝试验方案参数
编号
聚能管(m)
装药量(卷)
重量(g)
封泥长度
(m)
1
1.5+1.5+1.5+1.5
2+2+2+1
1400
2
2
1.5+1.5+1.5+1.5
3+2+2+1
1600
2
3
1.5+1.5+1.5+1.5
3+3+2+2
2000
2
4
1.5+1.5+1.5+1.5
3+3+3+2
2200
2
5
1.5+1.5+1.5+1.5
3+3+3+3
2400
2
6
1.5+1.5+1.5+1.5
4+4+3+3
2800
2
7
1.5+1.5+1.5
0.8~0.9n
2
二、施工工艺说明及要求
1、切顶孔经检验合格后进行爆破预裂切缝,采用不耦合装药,正向爆破。
2、现场爆破使用矿用安全乳化炸药,外径Ф32mm,长200mm。
3、每个切顶孔在装药前,先在巷道内按照爆破装药设计参数从孔底聚能管开始连续装药并安设雷管和引线,然后将引线穿过第二根聚能管,并将第二根聚能管与第一根聚能管用连接件连接,然后在第二根管内开始连续装药并安设引线,重复按照上述方法,依次完成全部聚能管装药。
要求每个聚能管内采用连续装药,每个聚能管设置一个雷管。
4、炮孔封泥封孔前,采用聚能爆破定向杆调整聚能管切缝方向与切顶线一致,调整完毕方可封泥。
5、爆破时躲炮距离不小于100m,躲炮时间不少于15分钟。
6、施工地点设备保护:
爆破点往前10m,爆破点往后10m,总长度不小于20m。
7、爆破点附近的管路、电缆、开关、采用半圆木或木板、皮带进行裹盖,以防崩坏。
8、每次聚能爆破切顶孔的个数为20个。
放炮岗哨布置图
第三章爆破预裂切缝设备配置
一、设备选型
爆破预裂切缝设备主要由切缝钻机、锚索张拉机、锚索钻机及供电、供液设备等组成。
设备选型着重考虑设备的生产能力、技术指标、适应性、可靠性、安全性、经济性、配套性等因素。
根据设计生产能力及其地质条件,选用以下进行配备:
1、切缝钻机:
选用山东兖州黑豹公司的QZ45切顶钻机一台。
2、锚索张拉机:
选用北京巧力科技有限责任公司TQ22-500/63(含QLBQ1.2×63气动泵、QLT22-500/退锚/张拉器,该型号退锚、张拉两用,张拉力500KN)锚索张拉机2台。
3、锚索钻机:
选用济宁年润工矿机械有限公司的MQT130/32锚索钻机4台。
4、另选用矿压监测系统一套(含工作面支架压力监测仪、顶板离层仪、锚索载荷监测仪、锚索变形量监测仪、顶底板移近量监测仪)。
切缝钻机的主要性能及其技术特征表见下表。
主要材料设备表
类型
材料
切缝
聚能管BTC-1500,长1.5m,聚能管(外径42mm,内径36.5mm)
二级煤矿乳化药卷,直径32mm/长200mm
恒阻锚索加固
恒阻器HZS35-300-0.5,直径65+3mm。
配合直径21.8恒阻锚索使用
恒阻器扩孔钻头MS-SY75
锚索张拉机TQ22-500/63(含QLBQ1.2×63气动泵、QLT22-500/退锚/张拉器,该型号退锚、张拉两用,张拉力500KN)
托盘(300*300*12mm)
槽钢(长2m,眼距0.7m)
钢绞线(21.6mm*10m)要求:
拉伸最大力≧490kN.强度级别≧1860Mpa;自备大托盘孔径要求:
90mm
监测设备
矿用本安型顶底板移近量监测仪YHU200
顶板离层仪DWG-5LBY-3(2.5m,10m)
锚杆(索)测力计
矿用本安型压力传感器
二、设备的主要性能及其技术特征
QZ45型切缝钻机主要技术特征表
名称
参数
名称
参数
整机长度
2.4m
主油泵
力士乐95ml变量柱塞泵
整机宽度
0.7m
液压系统压力
16Mpa
整机高度
2.3m(不含钻机1.3m)
钻机扭矩
300Nm
装机功率
45Kw
一次钻深
1400mm
整机重量
4.5t
成孔直径
48mm
接地比压
0.1Mpa
钻机调整角度
平面:
10º,垂直:
360º
爬坡能力
±18º
适用巷道高度
2.4-3.1m(可根据用户调整)
第四章矿压监测
一、监测目的及内容
(一)监测目的
完整的现场监测资料可以为切顶卸压自动成巷的成功实施提供基础数据,其主要目的在于:
(1)掌握巷道围岩动态及其规律性,为巷道支护进行日常动态化管理提供科学依据;
(2)为检验支护结构、设计参数及施工工艺的合理性,修改、优化支护参数提供科学依据;
(3)监控施工质量,对支护状况进行跟踪反馈和预测,及时发现工程隐患,以保证施工安全和软岩巷道稳定;
(4)为其它类似工程的设计与施工提供全面的参考依据;
(5)通过监测资料,可作为判断巷道工程的质量检查和验收的标准。
(二)监测内容
(1)巷道表面位移观测
通过巷道表面位移观测数据可较好地判定巷道围岩的运动情况,分析围岩是否进入稳定状态。
巷道表面位移监测包括两帮相对移近、顶底板相对移近、顶板下沉、底臌四项内容。
(2)巷道顶板离层监测
在本次支护实施过程中,要及时掌握巷道顶板在锚固范围之内与锚固范围之外的离层情况,以及早发现顶板失稳征兆,避免冒顶事故发生,同时还可为完善支护参数提供依据。
(3)锚索受力和变形量监测
锚索受力监测通常指的是锚索锚固力监测和锚索载荷监测。
通过测力仪监测锚索的受力情况;通过恒阻锚索钢绞线与恒阻器的相对位移量监测巷道变形情况。
(4)工作面支架压力监测
采场支架与围岩相互作用关系,对采场顶板运动规律具有重要影响,通过对采场支架立柱受力状况的监测,掌握采场顶板岩层运动规律,为沿空护巷支护设计提供矿山压力上的指导。
工作面支架压力监测主要由矿用本安型压力传感器KJ385-G、矿用本安型压力监测分站KJ385-F2、矿用本安型压力监测主站KJ385-F1、矿压信息传输接口KJ385-J、KJ27围岩动态监测分析系统组成。
二、监测测站的布置
1、巷道表面位移观测
井下轨顺留巷段,每隔50m设置2组表面位移测站,每组测站包括2个点:
顶板、底板。
测点布设后应作好记号,记录与巷道特征点的距离并编号,并在施工中注意保护,以确保测量数据的准确性和可靠性。
每天采用收敛仪分别测量测站的变化情况,每次获取的观测数据需要做好记录表,及时整理,并根据观测结果提出相关建议。
2、巷道顶板离层监测
井下轨顺留巷段每隔50m设置1个顶板离层仪。
顶板离层仪合计布置26个。
顶板离层仪是通过远程监控方式在线监测,安装时将深基点(10000mm)锚头固定在深部稳定基岩内,浅基点(2500mm)固定在锚杆端部位置。
巷道顶板离层仪位置布置如下图所示。
3、锚索受力和变形量监测
锚索受力监测主要是指通过锚索测力计远程监控方式在线监测;锚索变形量监测主要是指钢绞线与恒阻器相对位移量的监测,锚索变形量监测是提前记录恒阻锚索钢绞线与恒阻器的相对位移量,通过每天人工记录该位移量的变化反应巷道的顶板压力、变形等情况。
因此,每根恒阻锚索即为1个测点。
井下轨顺留巷段前0~100m,每隔10m设置1个锚索测力计;井下轨顺留巷段架后100~1300m,每隔50m设置1个锚索测力计,合计布置34个。
巷道锚索受力仪位置布置如下图所示。
顶板离层仪及锚索测力计布置示意图(单位:
mm)
4、工作面支架压力监测
工作面共121架液压支架,临近切顶巷道50m范围内,每5架布置一个测点,50m范围外每10架布置一个测点,共16个测点,通过远程监控方式在线监测。
工作面矿压监测点布置如下图所示。
支架测力仪平面布置示意图
三、矿压监测数据分析及处理措施
1、12201运顺每次爆破预裂切缝后,在爆破段以及爆破段两端延长20m范围进行顶板离层、锚索受力及变形量、巷道表面位移等进行观测。
2、通过数据收集、统计与分析,结合现场实际,每50m由中国矿业大学现场监测人员提交一份矿压观测报告,遇地质构造及特殊情况时每天进行不少于2次定点观测和情况分析。
顶板离层仪观测每月提交一次报告。
3、通过矿压监测相关数据的收集、整理和分析,总结出切顶卸压沿空留巷在各个不同阶段的矿压显现规律。
4、在进行矿压监测相关数据的收集、整理和分析过程中,发现异常或矿压增大较大等情况下,应及时向哈拉沟煤矿相关负责人汇报,并采取相应的处理措施,如增补锚索、加密行内单体液压支柱支护等。
第五章工程质量标准及评估统计
第一节工程质量标准
一、锚孔及恒阻锚索
1、锚孔
钻孔深度:
±100mm;扩孔深度:
500mm±50mm;钻孔直径28mm;扩孔直径:
75mm+3mm;角度:
±5度。
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- 煤矿 切顶卸压沿空留巷 作业 规程