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        深孔預裂爆破技術在綜放工作面中的應用

        2021-03-13 03:03:04安新龍孫興磊位書鑫
        山東煤炭科技 2021年2期
        關鍵詞:圍巖

        安新龍 孫興磊 位書鑫

        (鄭宏恒泰(新密)煤業(yè)有限公司,河南 鄭州 452376)

        工作面上方若存在一定厚度的堅硬砂巖、礫巖或石灰?guī)r,則該頂板稱之為堅硬頂板[1]。堅硬頂板如果不采取措施,容易發(fā)生大面積懸頂?shù)那闆r,一旦大面積垮落,將給工作面帶來強烈的礦壓顯現(xiàn),造成支架壓死、冒頂和片幫等,給煤礦生產(chǎn)帶來極大的安全隱患[2-3]。目前,解決堅硬頂板懸而不垮的措施有:定向切割頂板技術、定向水力壓裂預裂和深孔預裂爆破等,其中深孔預裂爆破技術應用比較成熟[4-5]。

        1 工程概況

        恒泰煤礦13020 綜放工作面位于13 采區(qū)下山西翼,為首采面,該工作面東部為13 采區(qū)下山,北部是任崗斷層,西部是井田邊界,南部是未開采區(qū)域。該工作面開采山西組二1 煤層,煤層平均厚度7.2 m,傾角18°~22°,走向長430 m,傾斜長150 m。煤層無直接頂,基本頂為中粒砂巖組成的堅硬底板,巖性致密堅硬、難冒落,堅硬頂板平均厚度36.1 m,巖石單向抗壓強度為89 MPa。煤層為松散煤層,硬度系數(shù)f=0.3~0.5。工作面底板為砂質泥巖。

        在13020 工作面上、下副巷由里向外各施工布置3 個探查孔,鉆孔間距100 m,均垂直巖層傾向。設計布置鉆孔探查煤層頂板情況,通過6 個鉆孔柱狀和巖芯對比,可知13020 切巷向外80 m 范圍內煤層偽頂、直接頂大量缺失,基本頂砂巖(中粒砂巖)厚度26.5~38.3 m,巖性致密堅硬,預計難以冒落。

        2 深孔預裂爆破放頂方案

        結合上述情況,確定在工作面及上、下副巷鉆場進行深孔預裂切頂。工作面支架安裝前,在切眼內對堅硬頂板預裂爆破,在上下副巷采取深孔超前預裂爆破進行切頂處理。

        2.1 工作面切巷深孔預裂鉆孔布置

        13020 工作面切巷全長布置炮孔,深孔預裂炮孔共計布置88 個,采用ZYJ-269/168 型架柱式液壓回轉鉆,孔徑65 mm。將工作面分三段,炮孔間距分別為:上部2.1 m,中部1.8 m,下部1.5 m。炮孔與水平方向的夾角β=55o。炮孔深度超出基本頂上邊界0.1 m。鉆孔布置如圖1,開切眼預裂切縫剖面圖如圖2。

        圖1 鉆孔布置示意圖

        圖2 開切眼預裂切縫剖面圖

        2.2 工作面超前預裂鉆孔布置

        13020 工作面超前深孔預裂爆破采用巷道雙向鉆孔切斷基本頂。1#號鉆場位于上副巷,超前采煤工作面20 m;2#號鉆場位于下副巷,超前采煤工作面20 m;3#號鉆場位于下副巷,超前采煤工作面距離35 m。上、下副巷鉆場超前預裂爆破炮眼布置圖如圖3。

        圖3 上、下副巷鉆場超前預裂爆破炮眼布置圖

        3 效果檢驗

        3.1 切巷爆破后的效果

        在13020 工作面切巷安裝礦用鉆孔成像軌跡監(jiān)測裝置進行圍巖結構觀測,分析爆破預裂前后圍巖變形與破壞特征。共布置3 個窺視鉆孔,1 號窺視孔位于工作面上部,2 號窺視孔位于工作面中部,3號窺視孔位于工作面下部。

        1 號窺視孔觀測結果表明,圍巖中存在各種裂隙和空洞,有些裂隙張開度很大,有些孔段巖體非常破碎,容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。窺視結果如表1 和圖4。

        表1 13020 切眼1 號窺視孔觀測結果

        圖4 1 號窺視孔圍巖結構觀測圖像

        2 號窺視孔觀測結果表明,圍巖中存在各種裂隙和輕微空洞,有些裂隙張開度不大但有穿孔跡象。具體結果如表2 和圖5。

        表2 13020 切眼2 號窺視孔觀測結果

        圖5 2 號窺視孔圍巖結構觀測圖像

        3 號窺視孔觀測結果表明,圍巖中存在裂隙和空洞,裂隙明顯。窺視結果如表3 和圖6。

        表3 13020 切眼3 號窺視孔觀測結果

        圖6 3 號窺視孔圍巖結構觀測圖像

        通過3 個窺視孔的觀測,切巷圍巖中存在明顯裂隙和空洞。有些裂隙張開度很大,部分孔段巖體非常破碎,容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。有些鉆孔內環(huán)形裂隙明顯,有穿孔跡象,裂隙明顯??傊?,爆破效果符合預期。

        3.2 基本頂初次來壓情況

        13020 綜采工作面實施頂板預裂爆破及超前鉆場深孔預裂爆破后,回采期間基本頂初次來壓步距統(tǒng)計平均值為15 m,周期來壓步距為10 m 左右,頂板能隨工作面回采及時垮落,充填采空區(qū)。

        為進一步改善頂板垮落效果,在工作面推采期間,將工作面進行調斜,盡量讓工作面切巷深孔預裂方向及超前鉆孔預裂方向斜交。工作面上部頂板隨著工作面推采垮落較為及時,在初次來壓之前,爆破孔內的PVC 管受鉆孔裂隙錯動影響下落至采空區(qū)。下副巷推采至20 m 左右時,基本頂初次來壓。工作面初次來壓表現(xiàn)為:出現(xiàn)有悶雷聲,在第40 架液壓支架位置尾部出現(xiàn)矸石,并呈大小不規(guī)則形狀、塊度不均,大的矸石可達10 m3左右,礦壓監(jiān)測在線監(jiān)測數(shù)據(jù)壓力有所增加。

        3.3 基本頂周期來壓期間頂板垮落情況

        13020 工作面切巷向外,偽頂及直接頂逐步發(fā)育,厚度逐步增加,且基本頂中粒砂巖中部有砂質泥巖夾層。工作面初次來壓結束后,基本頂垮落,工作面每推進15 m 左右時,工作面周期性來壓。周期來壓期間支架工作阻力增加,煤壁片幫架數(shù)增多。待工作面周期來壓結束后,工作阻力恢復正常狀態(tài),煤壁不再片幫。

        4 結語

        13020 工作面堅硬頂板,通過切巷深孔預裂爆破、上下副巷超前預裂爆破、調斜工作面、煤層注水和加快推進速度等措施,工作面初次來壓和周期來壓步距始終處在可控范圍,有效防止了工作面頂板事故的發(fā)生,實現(xiàn)了安全回采。

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