夏海濤

(晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)平公司，山西 晉城 048006)

晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平礦井為高瓦斯礦井，現(xiàn)主采3#煤層，煤層的平均厚度為6 m，采用傾斜長(zhǎng)壁、全部垮落、后退式綜合機(jī)械化大采高一次采全高的采煤方法。綜采工作面采用兩進(jìn)兩回四巷布置。4311工作面切眼沿頂沿底掘進(jìn)，切眼的高度為6.7 m，由于老頂巖層致密堅(jiān)硬，回采過(guò)程中不易垮落，使大采高工作面在初采初放時(shí)懸頂面積過(guò)大，容易造成瓦斯及頂板事故。原回采過(guò)的4307和4304工作面都采用大孔徑75 mm鉆孔，采用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行施工，鉆孔施工難度大，周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響采掘銜接。因此，為了安全、快速和高效開(kāi)采，采用小孔徑鉆孔對(duì)老頂進(jìn)行弱化處理。

1 4311工作面基本情況

工作面采用傾斜長(zhǎng)壁、全部垮落、后退式綜合機(jī)械化大采高一次采全高的采煤方法。

回采工藝順序?yàn)?割煤→拉架→推溜→清煤。

端頭及超前支護(hù)采用單體柱配合板梁以及槽鋼、錨索支護(hù)巷道頂板，工作面超前支護(hù)以外采用錨網(wǎng)帶索聯(lián)合支護(hù)。回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷及回風(fēng)通道使用打“田”字形木垛進(jìn)行維護(hù)，并用鈀釘對(duì)木垛層層進(jìn)行連鎖。

工作面布置的主要設(shè)備如下:

采煤機(jī):艾苛夫SL500雙滾筒采煤機(jī)1臺(tái)。

刮板輸送機(jī):SGZ1000/1710刮板輸送機(jī)1部。

液壓支架:工作面機(jī)頭到機(jī)尾分別布置ZYT12000/28/62型排頭架3架，ZYGT12000/28/62型過(guò)渡架2架，ZY12000/28/62型中間架120架，ZYGT12000/28/62型過(guò)渡架1架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共計(jì)129架。

轉(zhuǎn)載機(jī):SZZ1200/375轉(zhuǎn)載機(jī)1部。破碎機(jī):PCM375型錘式破碎機(jī)1部。膠帶輸送機(jī):DSJ140/250/3×400型皮帶機(jī)1部。

2 地質(zhì)及工作面支護(hù)情況

根據(jù)對(duì)4311工作面切眼頂板取巖樣實(shí)測(cè)可知，切眼老頂主要為細(xì)粒砂巖，厚度＞11 m，致密堅(jiān)硬，穩(wěn)定性好，一般不易垮落，屬堅(jiān)硬巖石;直接頂為砂質(zhì)泥巖，裂隙不太發(fā)育，屬半軟質(zhì)巖石，平均厚度為2.3 m.切眼采用錨網(wǎng)索支護(hù)，錨索的規(guī)格為 SKP22×1702·6300，加長(zhǎng)錨固，錨索布置方式為“三花布置”，排距1 000 mm，間距1 800 mm/1 550 mm.錨桿為高強(qiáng)度錨桿MSGLW－500 22/2400，布置方式為排距1.0 m，間距900 mm，具體布置示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 4311工作面切眼強(qiáng)制放頂施工圖

3 具體施工

4311工作面切眼寬 9.0 m，高 6.7 m，如果采用錨網(wǎng)索支護(hù)，切眼中采用大孔徑75 mm專(zhuān)用鉆機(jī)打孔非常困難:在支架安設(shè)前進(jìn)行打鉆，鉆孔變形率較高;在支架安設(shè)后進(jìn)行打鉆，鉆機(jī)體積較大，作業(yè)空間不能滿(mǎn)足，為此提出了小孔徑42 mm錨索鉆機(jī)成孔方案。切眼支護(hù)密度大，特別是錨索支護(hù)，而且在以往頂板預(yù)裂后經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)錨索仍然起到很強(qiáng)的支護(hù)效果。為此淺孔預(yù)裂爆破須有目地的進(jìn)行切斷錨索，采用小孔徑淺眼和深孔眼相配合的預(yù)處理方法。

表1 切眼炮孔參數(shù)表

3.1 淺孔預(yù)裂

4311工作面切眼采用淺孔炮眼預(yù)裂技術(shù)進(jìn)行頂板處理，鉆孔基本布置在錨索附近(300～500 mm)，長(zhǎng)度為4 m，主要目的就是切斷錨索同時(shí)為深孔預(yù)裂提供理想的爆破自由面。

3.2 深孔預(yù)裂

1)炮眼布置。

工作面設(shè)備安裝后，在切眼內(nèi)距采空區(qū)側(cè)巷幫2 m處頂板打雙排眼，排距4 m(可根據(jù)切眼錨索布置調(diào)整，使炮眼與錨索保持300～500 mm)，深度10.3 m，并在工作面兩端頭向外側(cè)各打1組扇形炮眼，炮眼布置見(jiàn)圖1.218 m長(zhǎng)的切眼共布置88個(gè)深孔炮眼(分別用 A1、A2、A3…A43、A44代表 44 個(gè)第一排深炮孔;分別用 B1、B2、B3……B43、B44代表 44 個(gè)第二排炮孔)，每排炮眼間距5 m，兩排炮眼無(wú)錯(cuò)距。

2)鉆孔孔徑及炸藥規(guī)格的選型。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算，炮孔d42 mm，炸藥為d35 mm.徑向裝藥不耦合系數(shù)為1.2，具體炮孔參數(shù)見(jiàn)表1.

3)深孔炸藥安裝。

裝藥可以采用自制軟體炮棍裝藥，爆破使用的炸藥為3#煤礦許用乳化炸藥，炸藥的藥卷規(guī)格為d35 mm×200 mm，每卷炸藥重200 g.雷管采用煤礦許用毫秒延期雷管。

小孔徑鉆孔采用常規(guī)導(dǎo)爆索起爆不易安裝。研究提出采用雙雷管起爆，分別安設(shè)在裝藥段中部和尾部。

4)切眼爆破時(shí)間。

在切眼安裝液壓支架后，進(jìn)行打眼、裝藥、聯(lián)線(xiàn)，在工作面切眼頂板退錨后進(jìn)行爆破。放炮順序從機(jī)尾向機(jī)頭進(jìn)行爆破。

爆破前，工作面通風(fēng)系統(tǒng)按回采時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)不變。

5)切眼炮孔爆破。

放炮使用BF－200型起爆器1臺(tái)，起爆順序:從43113巷側(cè)工作面端頭開(kāi)始向43111巷側(cè)端頭分5次起爆，整個(gè)工作面炮眼分5次裝藥，按順序起爆。

3.3 端頭預(yù)裂

回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷爆破炮孔布置。

a)在回風(fēng)巷施工炮孔4個(gè)(風(fēng)1、風(fēng)2、風(fēng)3、風(fēng)4).風(fēng)1、2孔口距回風(fēng)巷外幫1.0 m，距切眼內(nèi)幫7.5 m，炮孔仰角為35°，風(fēng)3、4孔口距回風(fēng)巷外幫1.0 m，距切眼內(nèi)幫9.0 m，炮孔仰角為42°.炮孔軸線(xiàn)方向與風(fēng)巷軸線(xiàn)方向平行(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。

b)在運(yùn)輸巷施工炮孔4個(gè)(運(yùn)1、運(yùn)2、運(yùn)3、運(yùn)4).運(yùn)1、2孔口距運(yùn)輸巷外幫1.0 m，距切眼內(nèi)幫7.5 m，炮孔仰角為35°，運(yùn)3、4孔口距運(yùn)輸巷外幫1.0 m，距切眼內(nèi)幫9.0 m，炮孔仰角為42°.炮孔軸線(xiàn)方向與運(yùn)輸巷軸線(xiàn)方向平行(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。

4211工作面端頭頂板弱化處理各炮孔參數(shù)與計(jì)算裝藥量表見(jiàn)表2.

表2 工作面設(shè)計(jì)炮孔參數(shù)與裝藥量表

炮眼布置見(jiàn)圖2.

圖2 端頭小孔徑炮眼布置示意圖

4 取得成果

4.1 垮落情況

1)爆破時(shí)頂煤垮落情況。2月6日所有炮孔爆破完以后，垮落情況為大部分直接頂垮落，48～61、70#～77#直接頂局部垮落，可見(jiàn)到矸石。

2)工作面開(kāi)始回采，頂板預(yù)裂處理以后，工作面上端頭推進(jìn)25.2 m時(shí)老頂來(lái)壓;工作面下端頭推進(jìn)26.7 m時(shí)工作面老頂來(lái)壓;工作面中部推進(jìn)32.2 m時(shí)老頂來(lái)壓。老頂跨落后基本充滿(mǎn)采空區(qū)，相比4301—4310工作面初次跨落歩距均在42 m以上，效果相對(duì)突出。

4.2 炮孔爆破效果分析

4311綜采工作面放炮以后，在運(yùn)輸巷打一斜長(zhǎng)18 m，傾角45°鉆孔對(duì)切眼預(yù)裂后進(jìn)行了頂板窺視，主要觀(guān)測(cè)切眼放炮后頂板的變化情況。

1)頂板0.0～5.54 m，屬于淺孔爆破影響區(qū)，孔壁有明顯裂紋，整體性差，破壞程度較大。

2)頂板5.54～11.22 m，屬于深、淺孔疊加爆破影響區(qū)，從窺視視頻可知，老頂破碎嚴(yán)重。

3)頂板12.97～16.27 m，屬于深孔爆破影響區(qū)，孔壁有明顯裂紋，老頂破碎較重。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

1)長(zhǎng)平礦首次在大采高切眼(寬9.0 m，高6.7 m)頂板預(yù)裂采用小孔徑進(jìn)行預(yù)裂。

2)提出了深淺孔綜合預(yù)裂方法:以深孔爆破預(yù)裂老頂為主，以淺孔爆破破斷錨索和增加深孔爆破自由面為輔的綜合放頂方法。

3)深孔裝藥往往由于鉆孔彎曲而無(wú)法安裝，本次創(chuàng)新采用軟體炮棍不會(huì)因此而無(wú)法安裝。

4)小孔徑深孔爆破因無(wú)法使用導(dǎo)爆索致使啟爆困難，本次創(chuàng)新采用雙雷管起爆，利用角線(xiàn)長(zhǎng)度，合理布置雷管位置，啟爆效果良好。

6 推廣前景

通過(guò)此次對(duì)頂板預(yù)裂處理，減小了大面積垮落時(shí)易導(dǎo)致工作面瓦斯超限，移架困難等問(wèn)題，杜絕了大面積頂板來(lái)壓對(duì)設(shè)備和人員的危害，并減少了工作面由于大面積懸頂發(fā)生漏風(fēng)的現(xiàn)象。

該項(xiàng)目研究成果簡(jiǎn)便可靠，易于實(shí)施，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，不僅在該礦區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景，而且在國(guó)內(nèi)類(lèi)似條件的礦區(qū)也有重要的推廣、使用價(jià)值，具有顯著的社會(huì)效益，可為其他類(lèi)似條件的礦區(qū)提供經(jīng)驗(yàn)及借鑒。

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