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        堅(jiān)硬頂板條件下煤層開采的人工強(qiáng)制放頂

        2016-03-15 08:22:30王偉海
        黑龍江科學(xué) 2016年1期
        關(guān)鍵詞:鉆眼懸頂七臺(tái)河

        王偉海

        (七臺(tái)河技師學(xué)院,黑龍江七臺(tái)河 154600)

        堅(jiān)硬頂板條件下煤層開采的人工強(qiáng)制放頂

        王偉海

        (七臺(tái)河技師學(xué)院,黑龍江七臺(tái)河 154600)

        人工強(qiáng)制放頂是在開采堅(jiān)硬頂板條件下的煤層時(shí),為減少采空區(qū)大面積懸頂對(duì)采場(chǎng)及人身威脅而向煤層頂板打深鉆孔,并進(jìn)行爆破,從而使堅(jiān)硬完整的頂板離層、開裂以致軟化。最終達(dá)到減少采空區(qū)頂板懸露面積,減小頂板初次來壓和周期來壓步距,減緩來壓沖擊載荷的目的。

        堅(jiān)硬頂板;煤層開采;人工強(qiáng)制放頂

        當(dāng)煤層之上無直接頂或直接頂很薄,垮落后不能填滿采空區(qū),而基本頂為堅(jiān)硬、完整和厚度大的砂巖、礫巖或石葳巖時(shí),這類基本頂稱為堅(jiān)硬頂板。堅(jiān)硬頂板的強(qiáng)度很高,而裂隙又不發(fā)育,其分層厚度一般在4~10m以上,單向抗壓強(qiáng)度一般達(dá)80~100MPa以上,彈性模量達(dá)20~40GPa。堅(jiān)硬頂扳,特別是厚層難冒堅(jiān)硬頂板存在的問題是,當(dāng)采用刀柱采煤法或長(zhǎng)壁垮落采煤法開采時(shí),堅(jiān)硬頂板能在采空區(qū)懸露很大面積而不垮落,初次來壓和周期來壓步距大,來壓時(shí)產(chǎn)生動(dòng)壓沖擊,容易損壞支架,嚴(yán)重情況下采空區(qū)懸頂面積可達(dá)幾千、幾萬平方米。過去我國(guó)主要采用煤柱支撐法管理這類頂板,由于需要留設(shè)大量煤柱,工作面的采出率只有40%~60%。在堅(jiān)硬頂板下采煤,頂板需要特殊處理。

        人工強(qiáng)制放頂是在開采堅(jiān)硬頂板條件下的煤層時(shí),為減少采空區(qū)大面積懸頂對(duì)采場(chǎng)及人身威脅而向煤層頂板打深鉆孔,并進(jìn)行爆破,從而使堅(jiān)硬完整的頂板離層、開裂以致軟化。最終達(dá)到減少采空區(qū)頂板懸露面積,減小頂板初次來壓和周期泰壓步距,減緩來壓時(shí)的沖擊載荷,減小對(duì)工作面設(shè)備和人員威脅的目的。

        1 井下長(zhǎng)壁工作面強(qiáng)制放頂

        要按工作面長(zhǎng)度、頂板的巖性、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育程度估算頂板初次來壓和周期來壓步距,而后設(shè)計(jì)人工強(qiáng)制放頂參數(shù)。按設(shè)計(jì)參數(shù)向頂板打一排或兩排鉆眼,裝藥爆破,迫使頂板開裂。

        強(qiáng)制放頂工作在回采巷道內(nèi)超前工作面進(jìn)行時(shí),即預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法,在強(qiáng)制放頂工作在工作面上、下端頭及中部位置,并與采煤工作同步進(jìn)行時(shí),稱同步爆破強(qiáng)制放頂法。在工作面頂板的人為破斷線是大致平行于工作面的直線時(shí),即一字形放頂法。當(dāng)頂板的人為破斷線為平行于工作面的階梯狀折線時(shí)稱為臺(tái)階式強(qiáng)制放頂法。

        1.1 步距式一字形放頂法

        第一,超前工作面預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法。該放頂法的全部工序,包括鉆孔、裝藥和爆破等都是在工作面順槽內(nèi),或在工作面開采前方進(jìn)行。采用該放頂法的目的是使堅(jiān)硬完整的頂板產(chǎn)生爆破裂隙,并在采煤工作面經(jīng)過時(shí)擴(kuò)展,形成弱面,以降低頂板的垮落難度。在采煤工作面前方,按照一定間距向堅(jiān)硬頂板鉆深鉆孔,進(jìn)行預(yù)爆破松動(dòng),使堅(jiān)硬巖層形成裂隙發(fā)育時(shí),并在工作面經(jīng)過時(shí)擴(kuò)展,形成弱面,在移架或回柱后盡快垮落。一般認(rèn)為,當(dāng)工作面長(zhǎng)度小于120~150m時(shí),可采用單巷鉆孔布置,當(dāng)工作面長(zhǎng)度大于150m時(shí),可采用雙巷鉆孔布置。放頂?shù)闹饕茀?shù)是頂板處理高度、鉆孔間距和鉆孔的空間布置。為防止頂板沿煤壁切落,每組鉆孔水平方向呈扇形布置,在垂面上,呈仰角12°~35°,鉆孔長(zhǎng)度隨工作面長(zhǎng)度變化,一般不超過60m,一組鉆眼的間距小于周期來壓步距。放頂工作一般要超前采煤工作面80~120m或工作面長(zhǎng)度的2/3以上。超前工作面預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法的特點(diǎn)是:預(yù)爆破頂板的所有工序都在超前工作面的回采巷道中進(jìn)行,采煤和預(yù)爆破頂板互不干擾,預(yù)爆破對(duì)采揚(yáng)支護(hù)影響小。

        第二,同步爆破強(qiáng)制放頂法。該放頂法的全部工作都在采煤工作面上、下端頭及中部進(jìn)行,放頂?shù)牟糠止ぷ餍枰ぷ髅嫱.a(chǎn),其特點(diǎn)是:放頂步距可隨工作面的情況調(diào)節(jié),直接頂垮落的同時(shí),使基本面產(chǎn)生裂隙,縮短來壓步距,減少來壓時(shí)的巨大沖擊載荷。能適應(yīng)于高瓦斯煤層的開采。采煤工作相互干擾,制約了采煤工作面的生產(chǎn)效率。爆破產(chǎn)生的沖擊載荷對(duì)工作面支護(hù)不利。

        1.2 臺(tái)階放頂法

        在沿采煤工作面布置方向上,將采空區(qū)頂板切落線分成2段或3段,使底板的切落線形成平行于工作面的階梯形折線,這樣的放頂稱為臺(tái)階放頂法。在準(zhǔn)備班內(nèi)完成各段的鉆眼、爆破等工序,一般綜采工作面內(nèi)前后臺(tái)階錯(cuò)距為2m,普采工作面錯(cuò)距為1.0~1.5m,鉆眼孔徑一般為60~64mm,孔深小于4倍采高。這種放頂法同時(shí)放頂?shù)囊?guī)模小,頂板垮落時(shí)對(duì)采場(chǎng)支護(hù)的影響小,由于作業(yè)人員較多,對(duì)采煤工作影響較大,適用于周期來壓強(qiáng)烈,但來壓步距差不明顯的堅(jiān)硬頂板。

        2 井下刀柱工作面強(qiáng)制放碩

        2.1 刀柱間通頭放頂法

        這種放頂方法是在采空的刀柱工作面內(nèi),沿工作面全長(zhǎng)以一定間距向頂板打一排放頂鉆跟,然后裝藥爆破,迫使頂板斷裂放落,鉆孔布置及爆破參數(shù)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件確定。根據(jù)放頂線及放頂作業(yè)方式,該放頂法分為正臺(tái)階放頂法和反臺(tái)階放頂法。

        2.2 刀柱間封口救頂法

        這種放頂方法是刀柱工作面采空后,在刀柱工作面的上、下兩端,沿頂板向采空區(qū)方向鉆跟爆破,迫使頂板垮落,堵死通向采空區(qū)的通道,以防止采空區(qū)頂板大面積垮落時(shí)造成災(zāi)害。

        [1]霍丙杰,張宏偉.煤層復(fù)雜性評(píng)價(jià)理論探討[J].世界科技研究與發(fā)展,2010,(10):76.

        [2]栗成杰,李樹偉.綜采工作面端頭大面積懸頂控頂技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,(08):64.

        TD822+.2

        A

        1674-8646(2016)01-0040-02

        2015-10-17

        王偉海(1981-),男,黑龍江七臺(tái)河人,講師,主要從事采礦工程教學(xué)與研究。

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