李勝
摘 要:堅硬頂板條件下長壁綜采工作面進行開采時,如果頂板控制不好,采空區(qū)大面積懸頂突然跨落時,會造成頂板事故,而且容易使采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯瞬間涌出,引發(fā)瓦斯重大事故。所以只有采取行之有效的控制技術(shù)對頂板進行有效控制和管理,才能保證礦井的安全生產(chǎn)。本文就1890煤礦15112大斜長高產(chǎn)高效綜采工作面的開采實踐為依據(jù),將工作面設(shè)計為“一面三巷”布置方式,利用超前深孔預(yù)裂爆破的方法,對工作面斜長260m的堅硬頂板進行有效控制,從而實現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:綜采;頂板;技術(shù)
1 開采條件
15112工作面位于1890煤礦一采區(qū)南翼5#煤層,工作面上部為15111m空區(qū),北至礦井工業(yè)廣場井筒保護煤柱線,南至加3勘探線為界。工作面走向長度1170m,傾斜長度260m。煤層平均厚度3.85m,煤層傾角為10°~16°。煤層頂板巖性:老頂粗砂巖淺褐色、含礫砂巖,厚度8.08m;直接頂含礫粗砂巖淺褐色,厚度6.68m,巖石普氏系數(shù)f=6~8,單向抗壓強度7.9Mpa。煤層頂板巖性以粗砂巖為主,局部為含礫粗砂巖,底板為黑灰色粉砂巖、炭質(zhì)泥巖。
2 巷道設(shè)計
為解決大斜長綜采工作面頂板處理的難題,設(shè)計布置3條順槽巷道,具體布置如下:
(1)運輸巷:15112運輸巷沿5#煤層頂板布置,巷道采用斜梯形斷面,錨網(wǎng)支護,走向長度為1180m,下幫凈高2.6m,凈寬4.9m,凈斷面S=16.41m2。
(2)回風巷:15112回風巷沿5#煤層頂板布置,巷道采用斜梯形斷面,錨網(wǎng)支護,走向長度為1164m,下幫凈高2.8m,凈寬4.4m,凈斷面S=14.08m2。
(3)中間巷:15112深孔巷沿5#煤層頂板布置,巷道采用斜梯形斷面,錨網(wǎng)支護,走向長度為1172m,下幫凈高2.5m,凈寬3.7m,凈斷面S=10.5m2。
(4)開切眼:15112開切眼沿5#煤層頂板布置,開切眼采用矩形斷面,錨網(wǎng)、梁及鋼帶聯(lián)合支護,凈高3m,凈寬8m,凈斷面S=24m2
3 支護設(shè)計
15112工作面采用走向長臂一次采全高采煤方法。工作面使用ZZ5800/22/43型支撐掩護式液壓支架支護,數(shù)量173架。
(1)支護強度的計算:Pg=9.8×h×r×k =744.8kN/m2,式中:h-采高,3.8m;r-頂板巖石容重,25kN/m3;k-工作面支柱應(yīng)該支護的上覆巖層厚度與采高之比,一般為4~8,開采煤層較薄、頂板條件好、周期來壓不明顯時,應(yīng)選用低度倍數(shù);反之則采用高倍數(shù),本工作面取8。
(2)支架工作阻力計算:F=Pg×S=744.8×5.865= 4368kN,式中:F-支架工作阻力,kN;Pg-支護強度,工作面最大支護強度為744.8kN/m2;S-支架支護面積,(支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m)×支架寬度1.5m=5.865m2;
(3)考慮支架支撐效率,所需支架的工作阻力為:Ft=F/ζ=4368/0.8=5460kN經(jīng)計算,ZZ5800/22/43型液壓支架的工作阻力5800kN>5460kN,滿足工作面支護要求。
(4)確定支架控頂距:支架最大控頂距為(支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m+伸縮前梁長度0.8m)4.71m,最小控頂距為(支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m)3.91m。
4 超前預(yù)爆破的實施
4.1 炮孔布置方案
為充分保證放頂孔對老頂承壓層的切斷作用,考慮工作面的長度及鉆孔施工的難度,設(shè)計在工作面3條順槽布置炮孔及在開切眼沿傾向布置炮孔。每條順槽內(nèi)布置3組孔,每組孔布置一個老頂切斷孔、一個老頂輔助切斷孔、一個端頭切斷孔,放頂孔布置在距切眼以北25~45m之間,即距切眼以北25m處布置一組,35m處布置一組,45m處布置一組。開切眼布置4個孔,在開切眼上口距離西幫1.5m處布置一個孔,深孔巷上、下幫與開切眼交叉處朝上及朝下各布置一個孔,開切眼下口距離西幫1.5m處布置一個炮孔。
4.2 炮眼的施工
鉆孔施工采取用SKZ-120B1型深孔鉆機,三級煤礦許用乳化炸藥(防靜電塑料筒包裝,Φ60mm/1kg),煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索,毫秒延期電雷管,MFB-100型電容式發(fā)爆器。
4.3 裝藥結(jié)構(gòu)
根據(jù)頂板巖石物理力學性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)等,按松動爆破原則,用類比法并折合成所選炸藥單耗,采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)。為保證起爆的可靠性,每一個炮孔的炸藥串由兩根導(dǎo)爆索起爆,主導(dǎo)爆索插入孔底第一個藥卷,副導(dǎo)爆索插入距孔底4~5m處的藥卷。導(dǎo)爆索插入藥卷的長度不小于200mm,導(dǎo)爆索由毫秒延期電雷管引爆,每次只準起爆一組炮孔,同一炮孔內(nèi)的雷管段別必須一致。
4.4 堵孔結(jié)構(gòu)
為保障超前預(yù)爆破效果及防止爆炸氣體外泄,炮孔的充填堵孔形式及質(zhì)量至關(guān)重要。本工作面預(yù)爆破炮孔的堵孔結(jié)構(gòu)采用塑—剛結(jié)構(gòu),即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細砂等塑性材料,中部充填的黃土細砂配比為:黃土‥細沙‥水=75‥20‥5,由封孔器輸送至孔內(nèi),后端采用專用堵孔水泥。
5 結(jié)語
15112工作面進入回采以來,通過對工作面礦壓觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析,工作面初次來壓和周期來壓規(guī)律明顯,采空區(qū)頂板垮落得到有效地控制,且冒落的巖石基本將采空區(qū)充填嚴實,安全生產(chǎn)得到了有效保證,工作面實現(xiàn)了高產(chǎn)高效。同時,大斜長工作面減少了區(qū)段煤柱留設(shè),區(qū)段煤柱能夠有效回采,僅此一項可多回收煤炭資源9.12萬噸,創(chuàng)造經(jīng)濟價值2700萬元。
參考文獻
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[2]張春雷,張勇,李立,等.大傾角大采高綜采工作面堅硬頂板控制技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學學報,2014,(9):1172-1177.
(作者單位:新疆焦煤集團1890煤礦)