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        晉城礦區(qū)XV號煤開采實踐

        2010-01-05 00:59:26黃晉兵山西長平煤業(yè)有限責任公司山西晉城048006
        中國礦山工程 2010年6期
        關鍵詞:步距煤壁炮孔

        黃晉兵(山西長平煤業(yè)有限責任公司,山西 晉城 048006)

        晉城礦區(qū)XV號煤開采實踐

        黃晉兵(山西長平煤業(yè)有限責任公司,山西 晉城 048006)

        介紹了王臺礦井XV號煤開采實踐,并從煤層地質條件、開采方法、設備配套、頂板處理、礦壓觀測及回采過程等進行論述,提出了開采建議,為晉城礦區(qū)類似條件煤的開采提供了參考。

        XV號煤;開采;實踐

        1 概況

        王臺礦井井田范圍內XV號煤為第三水平煤層,煤層傾角1°~6°,厚度1.8~3.5m,平均為2.5m,煤層中部一般含夾矸1~3層,巖性多為泥巖、炭質泥巖;XV號煤層偽頂為泥巖或炭質泥巖,平均厚度0.3m,該偽頂厚度極不穩(wěn)定,暴露于空氣中易風化。直接頂為K2石灰?guī)r,在淺部其巖性變化較大,局部地段相變?yōu)槟鄮r、砂質泥巖或砂巖,平均厚度9.32m,致密堅硬,節(jié)理裂隙較發(fā)育,屬堅硬性頂板;底板為泥巖和鋁質泥巖,平均厚度為1.62m,底板比壓40.82MPa。在開采過程中XV號煤老頂大面積來壓時對支架有沖擊,且初次來壓和周期來壓步距較大,礦壓顯現十分明顯。

        王臺礦井XV號煤層地質條件較簡單,斷裂較少,頂板完整性較好,主要構造以褶曲為主,小型斷層及節(jié)劈理、裂隙發(fā)育。XV號煤層主要充水因素為煤層上覆K2、K5含水層水及上覆III號和IX號煤采空區(qū)低洼積水。XV號煤塵無爆炸性,為一類容易自燃煤層,自燃發(fā)火期為72天。

        XV號煤綜采工作面傾斜長一般為180m,走向長1 000~2 000m,工作面采用“三巷”布置形式,“兩進一回”通風方式,巷道基本參數為:三順槽巷道凈寬×凈高=4 400mm×2 500mm,開切眼凈寬×凈高=7 000mm×2 500mm,巷道采用“錨·索·帶·網”支護方式,采用走向長壁一次采全高后退式綜合機械化采煤法進行回采。

        2 設備配套

        采煤機:MG250/600-WD1雙滾筒采煤機1臺;端頭架:ZT13200-16/30,2架;工作面支架:ZZ8000-17/32,117架;工作面刮板輸送機:SGZ-764/400,1部;轉載機:SZB764/132/1,1 臺 ;破 碎 機 :PCM1000/110/1140,1臺;皮帶機:DSP1063-1000/125型,1臺。

        3 頂板預處理方法

        王臺XV號煤層直接頂為堅硬的K2石灰?guī)r,為保證工作面頂板能及時垮落,XV號煤綜采工作面采用超前深孔預裂爆破的方式處理頂板,具體做法是在工作面切眼和順槽向頂板打深孔,在工作面前方一定距離進行爆破,預先破壞頂板的完整性,超前打眼、超前爆破,處理方案分為切眼頂板切斷處理和兩順槽內頂板處理。

        (1)頂板處理高度。工作面設計采高為2.5m,為保證冒落頂板能完全充填采空區(qū),經計算確定工作面頂板巖層處理范圍為沿工作面頂板至上方9m的垂直高度(終孔位置)。

        (2)切眼頂板處理(切眼切斷)。切眼切斷孔布置在工作面后方距老塘側巷幫1m處,其主要作用是在切眼后方頂板與工作面頂板之間形成一個弱面,隨著工作面推進支架后方頂板能夠及時跨落。

        (3)兩順槽頂板處理(初次放頂與步距放頂)。初次放頂孔布置在距切眼工作面?zhèn)让罕?4m處,步距放頂每隔30m布置一組,兩順槽對稱布置。其主要作用為:一是在巷道煤柱側頂板與工作面頂板間形成一個弱面,二是在工作面前方頂板形成一個弱面,隨著工作面推進支架后方頂板能夠及時跨落。

        為保證每個炮孔都能起爆,所有預裂爆破孔均采用“雙導爆索、雙雷管”引爆,每一茬炮聯(lián)線采用“局部并聯(lián)、總體串聯(lián)”的方式。

        (4)切眼切斷爆破炮孔布置。工作面設備安裝前,在切眼內距老塘側巷幫1m處頂板打眼,炮孔布置見圖1(圖中數字單位為m)。180m長的切眼共布置10組炮孔(分別用A、B、C、D、E和a、b、c、d、e字母代表10組炮孔),A、B、C、D、a、b、c、d每組為3個炮孔,E和e組炮孔分別為4個炮孔,共布置了32個炮孔。A組炮孔與a組炮孔對稱,B組炮孔與b組炮孔對稱,以此類推。

        圖1 切眼炮孔布置圖

        (5)初次放頂和步距放頂爆破炮孔布置。初次放頂孔布置在距切眼煤壁24m處,初次放頂孔每組為8個炮孔,分別為A、B、C、D、E1、F1、G1、H1,扇形布置,其中A、B、C、D與工作面平行;E1、F1、G1、H1與巷道中心成16°夾角。步距放頂每隔30m布置一組炮孔。步距放頂孔每組為8個炮孔,分別為A、B、C、D、E、F、G、H,扇形布置,其中A、B、C、D與工作面平行;E、F、G、H與巷道中心成16°夾角。炮孔布置見圖2。

        (6)順槽鉆場硐室布置參數。XV號煤施工深孔眼選用ZDY1300型全液壓鉆機(其外形尺寸為1.99m×0.74m×1.29m),考慮巷道寬度、高度、設備鋪設、人員操作及行人空間,需在順槽內施工鉆場硐室(規(guī)格為寬×深×高=4m×4m×2.5m),均布置在工作面?zhèn)取?/p>

        (7)爆破材料及施工機具。①起爆器為MFD-200型。②爆破炸藥為2號煤礦許用乳化炸藥,藥卷規(guī)格為Φ65mm×500mm,1.2kg/卷。③雷管為煤礦許用8#普通2m毫秒瞬發(fā)電雷管。④導爆索為煤礦許用導爆索,規(guī)格為Φ7mm。⑤爆破母線為鋼芯聚乙烯絕緣爆破母線。⑥炮泥機為PN-A型。⑦鉆機為ZDY1300型全液壓鉆機,Φ50mm鉆桿,鉆頭直徑75mm,為三翼復合片鉆頭及天然金剛石表鑲鉆頭配合使用,成孔直徑75mm。⑧泥漿泵為TBW-5型,用于鉆探循環(huán)供水(水源為靜壓水)。⑨炮棍為Φ40mm×1 500m。⑩封泥長度是炮孔長度的20%~30%。

        4 防治水和防煤層自燃

        巷道掘進時必須堅持“有疑必探,先探后掘”的防治水原則,探35m掘15m,并配套鋪設100mm排水管及相應的水泵;回采前超前向上部打泄水孔,將XV號煤層上部Ⅸ號煤和Ⅲ號煤采空積水提前疏放。

        在自然發(fā)火期內將XV號煤工作面采完并及時封閉,避免采空區(qū)通風;對采空區(qū)、冒落孔洞等空隙采取預防性灌漿或全部充填、噴灑阻化劑、注阻化泥漿、注凝膠、注惰性氣體、均壓等措施;在工作面和采空區(qū)密閉處設置自然發(fā)火觀測點,對工作面和采空區(qū)一氧化碳、二氧化碳、氧氣、甲烷濃度等及溫度定時進行檢測(采空區(qū)及通風橫川的密閉墻預埋設銅管,銅管外端接軟管進行檢測);采取定期沖洗巷道、煤層人工注水,增加煤柱內水分;回采過程不得任意留設設計外煤柱和頂煤。

        5 工作面生產情況

        5.1 通風管理

        XV號綜采工作面均采用“兩進一回”的通風系統(tǒng),配風量為950m3/min左右,瓦斯?jié)舛仍?.03%~0.46%,二氧化碳濃度在0.12%~0.44%,配風量完全能夠滿足防治瓦斯的需要,一氧化碳濃度檢測結果為0。工作面采用移架自動噴霧、采煤機內外噴霧、二次負壓降塵裝置、轉載點噴霧、風流凈化水幕、定期沖洗巷道等多項防塵措施對其粉塵進行治理,現場測定結果表明,綜采面全塵平均濃度僅為265mg/m3。

        5.2 工作面超前支護

        從工作面煤壁向外20m超前支護支設兩排單體柱:離工作面?zhèn)认飵? 000mm處支設一排,柱距1 000mm;離煤柱側巷幫1 000mm處支設一排單體柱,柱距1 000mm,遇破碎機、轉載機電機減速器影響時緊靠其外側打戴帽點柱進行支護。

        貼幫柱及切頂柱支設要求:機頭機尾支架外側緊靠煤柱側各打一排貼幫柱,柱距500mm,幫要背實。切頂線處機頭或機尾支架外側與距巷道煤壁支設切頂柱,柱距不大于200mm。

        5.3 鉆孔施工

        工作面圈定過程中同時按設計位置施工出鉆場硐室,待工作面圈出后,兩順槽各2臺鉆機同時在工作面切眼和兩順槽按設計角度和深度打深孔爆破眼。切眼切斷眼在支架安裝前施工完畢,兩順槽初次和步距放頂眼超前工作面200m左右施工(考慮深孔爆破眼變形),打眼與順槽內運輸可同時進行,以減小相互影響時間,提高鉆孔效率。

        5.4 礦壓數據處理

        工作面直接頂初次垮落步距為9.5~27.3m,平均為17.5m;直接頂初次垮落期間,工作面支架安全閥開啟較少,直接頂來壓前煤壁較平整,較少出現片幫;期間工作面機頭至7號架間懸頂3~8m,機尾115#~117#架懸頂3~6m。

        基本頂初次來壓呈現局部來壓、遷移特征?;卷敵醮慰迓洳骄酁?7.4~48.3m,平均為42.5m,工作面端頭最長,中部相對較短,初次來壓影響時間平均為9.7小時,影響范圍平均為6.8m;基本頂初次來壓時,支架動力載荷系數平均為1.58,平均工作阻力為5 552kN(支架設計工作阻力為6 000kN),安全閥開啟較為頻繁;工作面機頭至10#、47#~64#、115#~119#架后懸頂2~5m,其它支架后方頂板全部垮落;工作面中部煤壁出現片幫,長度6~10m,深度在0.2~0.6m。

        基本頂周期來壓也呈現出分段局部來壓和遷移特征,其步距一般在14~23m,步距在工作面兩端區(qū)較長平均為21.32m,中部較短平均為17.4m。周期來壓時支架工作阻力一般在5 600~6 300kN,安全閥開啟較頻繁,動載系數平均為1.57;來壓期間,工作面中部間斷性懸頂2~6m,主要是兩端頭懸頂一般在2~4m。工作面中部煤壁出現片幫,長度3~6m,深度在0.2~0.5m。

        工作面開采過程中巷道底板底膨較小,主要表現為頂板下沉,工作面頂板下沉量平均為15.3mm。

        5.5 地表塌陷

        通過地面觀察發(fā)現工作面上方地表裂縫,長度在10~30m,寬10~50mm,間距均在1.5~8m;裂縫走向基本與工作面傾斜方向平行(夾角在10°范圍內)。

        5.6 工作面其它方面

        支架活柱下縮量:一般在1~3mm(生產班1個循環(huán),檢修班1個班),最大7mm。

        工作面采高及煤壁:工作面采高一般在2.3~2.5m,最高達2.8m,最低為2.25m。到目前為止回采過程中煤壁較平整,較少出現片幫,出現片幫的部分區(qū)段片幫長度均在1m左右,深100~300mm。

        工作面超前支護:工作面超前支護范圍內無底鼓片幫情況,巷道完好,頂板無離層現象。但由于底板較軟,單體柱有鉆底現象,鉆底深度約為100~300mm。單體柱初撐力、工作阻力一般在13~18MPa的較多,最小10MPa,最大22MPa。

        相鄰巷道煤柱為30m,從現場監(jiān)測情況看,巷道無明顯變形,局部有輕微片幫現象,且所夾軟矸層有擠出現象(擠出量在50~200mm)。

        6 沿空留巷技術試驗和末采

        首采工作面推進至295m處時,在軌道巷進行了沿空留巷試驗。本次試驗第一階段長度40m,其中前20m采用7.4m錨索補強支護頂板,后20m采用10m的錨索補強支護。前20m在采空區(qū)離煤柱側3.4m時采用木柱和摩擦柱支撐頂板,向外另20m采用摩擦柱支撐頂板,間距均為400mm。從現場觀察來看,采用木柱支護方案,在工作面推進20m左右后,木柱大部分被壓斷,或被頂板掉落的大矸砸斷。采用摩擦柱支護方案,摩擦柱大部分因被整體向煤柱側推移而失效。第二階段為工作面推進至335m到停采線,采用木垛配合木柱和摩擦柱支撐頂板,木垛要求距離煤柱側巷幫3m,間距(中對中)3m,在木垛與木垛中間間距400mm打木柱或摩擦柱,木垛出現了整體被矸石砸翻的現象,木柱和摩擦柱仍存在第一階段的問題,但與第一階段相比,效果較好,但工作量和材料消耗上都明顯高于第一階段,并且并沒有真正達到沿空留巷。

        當工作面煤壁距停采線剩余24m時進入末采,其工藝流程為:距停采線16m時開始下臥→距停采線11m時,ZZ8000-17/32型支架采高達到2.7m時,先上一趟片網,之后開始鋪單層金屬網假頂→距停采線7.0m時開始在網下聯(lián)設平行于工作面的鋼絲繩→距停采線3.0m時停止網下聯(lián)設鋼絲繩,再走一正常循環(huán)→調整支架,使支架頂梁端距停采線2.4m時停止拉架,隨著掛聯(lián)網同步架設垂直于工作面的板梁→停采,上最后一趟板梁,煤幫打護幫柱→聯(lián)設最后一趟卷網。最終撤架通道凈高要求達到2.5m,凈寬達2.4m(即支架頂梁端至煤壁的距離)。

        7 建議

        (1)對于XV號煤來說,回采中的關鍵問題是頂板預爆破,但從已采工作面頂板處理來看,大部分頂板的硬度系數遠遠沒有達到設計的10~12,所以建議在掘進過程中收集頂板巖心,重新分析頂板硬度情況,優(yōu)化頂板預處理炮眼參數、放炮步距等,以提高綜合工效。

        (2)為保證炮眼不變形和不影響工作面正常推進,深孔眼施工最好超前工作面150m左右,這樣原兩順槽鉆機設計的鉆場硐室可以不施工,現有斷面尺寸完全能滿足打鉆要求。

        (3)本工作面順槽深孔預爆破質量對相鄰工作面巷道有一定影響,應嚴格按頂板處理措施提高爆破質量,同時要根據具體地質條件和礦壓顯現確定合理的保護煤柱以減少對相鄰工作面的影響。

        (4)從沿空留巷技術試驗情況看,這種支護方式施工速度快,但支護強度不高,巷道后期維護費用太高,甚至于高于新掘巷道,且擋矸效果不好,頂板下沉和巷道變形明顯,支護損壞嚴重,不能作為行人通道,只能作為“兩進一回”系統(tǒng)中的回風通道使用。

        [參照文獻]

        [1] 任 勇,尹希文.山西長平煤業(yè)有限責任公司XV號煤層采煤方法及工作面總體設計[R].天地科技股份有限公司開采事業(yè)部,2006.

        [2] 王俊杰,曹建波.山西長平煤業(yè)有限責任公司王臺礦井XV2306工作面礦壓觀測報告[R].2008.

        [3] 劉會文,高樹棠等.井巷工程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1989,32-58.

        Mining practice of XV coal in Jincheng mining area

        The mining practice of XV coal in Wangtai mine was introduced.The coal geological condition,mining method,equipment layout,roof treatment,strata control observation and stoping process were elaborated.The mining suggestion was put forward,which provided reference for coal mining under similar conditions in Jincheng mining area.

        XV coal;mining;practice

        1672-609X(2010)06-0027-04

        TD823

        B

        2010-04-20

        黃晉兵(1977-),男,山西長治人,工程師,主要從事采掘技術管理工作。

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