楊正綱

(太原煤氣化集團(tuán)有限責(zé)任公司 東河煤礦,山西 蒲縣 041207)

近年來(lái),隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)及采煤設(shè)備自動(dòng)化水平地不斷提高,我國(guó)每年的煤炭產(chǎn)量在全球范圍內(nèi)占據(jù)前列。傳統(tǒng)采煤采用留設(shè)煤柱的開(kāi)采方法,極易造成煤炭資源的浪費(fèi),而且還需增加掘進(jìn)巷道的數(shù)量。沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)不僅避免了開(kāi)采過(guò)程中煤炭資源的浪費(fèi),還在一定程度上減少了巷道的掘進(jìn)作業(yè)[1]。本文以東河煤礦2206工作面為工程背景,重點(diǎn)研究無(wú)煤柱自成巷關(guān)鍵技術(shù)在該工作面的應(yīng)用效果。

1 工程概況

太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司東河煤礦為太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司下屬煤炭企業(yè),礦井生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a,批準(zhǔn)開(kāi)采2號(hào)煤層,井田面積13.320 4 km2。

2206運(yùn)輸順槽上覆巖層依次為9.20 m的泥巖、4.69 m的粉砂砂巖,底板巖層為6.49 m的泥巖。工作面柱狀圖如圖1所示。

圖1 工作面柱狀圖

2 無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)研究

無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)在采掘模式和留巷方式上具有先天的優(yōu)勢(shì),將成為煤炭開(kāi)采的主流技術(shù)[2]。無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采與傳統(tǒng)沿空留巷開(kāi)采的區(qū)別如圖2所示。

2-a 沿空留巷開(kāi)采

2-b 無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采

由圖2可知,無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)與沿空留巷開(kāi)采技術(shù)的主要區(qū)別在于:

1)沿空留巷開(kāi)采盡管取消了區(qū)段煤柱,但是增加了人工填充材料,而無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采取消了煤柱和巷旁充填,解決了煤柱或巷旁充填集中的問(wèn)題。

2)無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采提升了巷道圍巖的穩(wěn)定性。

3)無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)的頂板切縫切斷了采空區(qū)與巷道頂板之間的聯(lián)系,避免了生產(chǎn)中的跨落物對(duì)巷道頂板造成沖擊,進(jìn)而對(duì)巷道圍巖造成損傷[3]。

3 無(wú)煤柱自成巷關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)煤柱自成巷采煤的關(guān)鍵技術(shù)為聚能切縫技術(shù),預(yù)裂切縫爆破能夠?qū)⒐ぷ髅婢植糠秶鷥?nèi)的應(yīng)力傳遞阻隔,在一定程度上避免了頂板來(lái)壓對(duì)工作面的影響,確保巷道的頂板得到有效保護(hù)。

3.1 頂板預(yù)裂切縫的設(shè)計(jì)

工作面頂板預(yù)裂切縫是基于聚能切縫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,該工藝具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,僅需將炸藥采用雙向聚能裝置置于預(yù)裂線所開(kāi)的鉆孔中即可[4]。由于采用了雙向聚能裝置,在實(shí)際爆破過(guò)程中不會(huì)對(duì)巷道周圍的巖體造成損傷。

根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗(yàn)及《無(wú)煤柱自成巷110工法規(guī)范》,合理的預(yù)裂切縫深度(Hf)設(shè)計(jì)一般應(yīng)大于2.6倍采高,即Hf≥2.6Hm。

另外預(yù)裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底臌量有關(guān),一般通過(guò)如下方式確定:

Hf=(Hm-ΔH1-ΔH2)/(k-1).

(1)

式中:Hm為工作面采高,m;ΔH1為頂板下沉量,m;ΔH2為底臌量,m;k為碎脹系數(shù),1.3～1.5。

采空區(qū)頂板冒落煤矸石碎脹系數(shù)取1.35,在不考慮底臌及頂板下沉的情況下,工作面采高Hm為2.1 m時(shí),計(jì)算得Hf=7.0 m。綜合考慮上述計(jì)算結(jié)果及頂板巖性沿走向變化情況,確定留巷順槽里段200 m切頂深度為8 m,剩余225 m順槽切頂深度為7 m。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),切縫孔位于巷道頂板與正幫夾角處,與水平方向夾角為75°,傾向于回采工作面一側(cè),切縫孔間距為500 mm。切縫鉆孔布置剖面圖見(jiàn)圖3。

3.2 頂板預(yù)裂爆破工藝

從工作面切眼位置開(kāi)始施工定向預(yù)裂爆破鉆孔,爆破原理如圖4所示。

爆破鉆孔參數(shù)為:間距500 mm,深度7 000 mm,與垂直方向夾角為15°；爆破時(shí),每個(gè)爆破鉆孔安設(shè)4根聚能管,其中聚能管長(zhǎng)度為1.5 m,孔口封泥長(zhǎng)度為1.5 m,具體裝藥量及爆破方式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果確定。為了確保預(yù)裂切縫線能夠穩(wěn)定形成,一般情況下常將爆破方向設(shè)定為工作面的推進(jìn)方向,在巷道完成生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)完成預(yù)裂切縫的爆破任務(wù)[5]。

3-a 里段200 m切頂設(shè)計(jì)斷面

3-b 外段225 m切頂設(shè)計(jì)斷面

圖4 聚能爆破示意圖

根據(jù)相關(guān)要求,需要對(duì)長(zhǎng)度為425 m巷道內(nèi)預(yù)裂切縫采用單孔或者多孔的爆破方式完成,并參考連孔爆破試驗(yàn)的參數(shù)完成對(duì)頂板預(yù)裂切縫爆破參數(shù)的設(shè)置。具體爆破預(yù)裂切縫的工藝流程如下:

1)將爆破所需的聚能管置于預(yù)先設(shè)置的爆破鉆孔內(nèi),注意應(yīng)將聚能管置于鉆孔的底部,以確保后續(xù)預(yù)裂切縫的爆破效果。

2)爆破預(yù)裂切縫所采用的炸藥為三級(jí)乳化炸藥,爆破前應(yīng)根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果確定聚能管中所填充的炸藥量。為確保最終的爆破效果,應(yīng)將三級(jí)乳化炸藥通過(guò)聚能管底部填充,并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求安裝雷管及引線,將彼此相鄰的聚能管采用專用連接件進(jìn)行連接,要求每個(gè)需要裝炸藥的聚能管安裝對(duì)應(yīng)的雷管。

3)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求爆破鉆孔采用炮泥進(jìn)行封堵,且炮泥封堵的長(zhǎng)度最小為1.5 m。

4)根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求確定爆破預(yù)裂切縫線的安全距離,并按照規(guī)范組織爆破。

5)當(dāng)爆破完成后應(yīng)組織專人對(duì)爆破效果進(jìn)行驗(yàn)收,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)裂切縫線的完成率達(dá)到75%時(shí),視為此次爆破效果合格。具體實(shí)施方法是在爆破前對(duì)炮孔進(jìn)行逐個(gè)編號(hào),爆破完成后對(duì)炮孔裂縫的狀態(tài)和情況進(jìn)行評(píng)估,最后建立對(duì)應(yīng)炮孔的相關(guān)檔案。

4 成巷效果分析

將無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用于東河煤礦2206工作面,現(xiàn)場(chǎng)留巷的效果見(jiàn)圖5。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)留巷效果圖

如圖5所示,由于無(wú)煤柱自成巷采煤技術(shù)的應(yīng)用,東河煤礦2206工作面將工作面輔助運(yùn)輸順槽保留下來(lái)并供相鄰工作面回采使用。

在留巷過(guò)程中對(duì)2206工作面巷道頂板和底板的移近量、頂板的下沉量以及底臌量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6。

如圖6所示,2260工作面頂?shù)装宓囊平恐到茷?50 mm;頂板的移近量近似約為110 mm;工作面底板移近量為40 mm。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

綜采設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提升,對(duì)煤炭開(kāi)采技術(shù)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。無(wú)煤柱自成巷開(kāi)采技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)將成為煤炭開(kāi)采的主流技術(shù),加強(qiáng)對(duì)無(wú)煤柱自成巷采煤技術(shù),尤其是其關(guān)鍵技術(shù)的研究對(duì)提高工作面采煤效率和安全系數(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。