王利民,張文波
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦山西有限公司,山西 大同 037003)
某礦所處的地質(zhì)條件比較繁雜,其埋深高度和平均厚度分別是620 m和2.45 m,煤層在不同層次其厚度也不相同,若相差比較大則為中厚煤層,可以開采的指數(shù)和厚度變化系數(shù)分別是0.94和35.8%,可以開采煤層的穩(wěn)固性決定了煤層的穩(wěn)固性的水平,0~2層中有夾矸,具有非常繁雜的構(gòu)造,泥巖、石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成了頂板;鋁土泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成了底板。分散狀的黏土礦物在礦物質(zhì)中占有主要的地位,其在礦物質(zhì)中所占的比例大約為7.3%~15.7%,平均11.6%,礦物質(zhì)中有比較少的細(xì)胞充填狀和塊狀黏土礦物存在其中[1-2]。
在綜采時,在井下因?yàn)榉彪s的地質(zhì)條件,巷道頂板在綜采的騷動與頂板來壓的兩者雙重作用下礦壓表現(xiàn)猛烈,致使巷幫形狀改變、頂板跨落等,不但井下安全的綜采受到了影響,而且要多次對發(fā)生變形的巷道和頂板跨落等危險地方進(jìn)行加固,使井下的綜采的進(jìn)程受到了影響。所以,在以分析造成井下礦壓的因素為基礎(chǔ),一項(xiàng)新的技術(shù)被提了出來,其技術(shù)包括綜采安全技術(shù)及井下頂板礦壓控制。
依據(jù)煤礦井下所處的地質(zhì)條件和松動爆破的需求相結(jié)合,確定不耦合裝藥爆破的計劃被使用,為了得到更好的提前預(yù)裂成效,就需要明確裝藥的直徑與爆破孔,依據(jù)井下爆破的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),炸藥在爆破時在單位時間消耗量為q=0.4 kg/m3,依據(jù)長時間的爆破經(jīng)驗(yàn)與物理特點(diǎn)明確炮孔在爆破的時候每米需要的裝藥量計算公式為:
式中:R為松動爆破之后的半徑,依據(jù)實(shí)際檢測確定其數(shù)值為1.5。
將數(shù)值代入公式得:Qm=3.08 kg/m。
對爆破藥的直徑的計算依據(jù)的是爆破時炸藥在每米能夠裝的量與爆破藥的濃度,計算公式為:
式中:P為爆破藥的密度,取1 125 kg/m3。
將數(shù)值代入公式得:d=59.1 mm。
由于存在定量的余量在爆破的工程中,所以將60 mm配置成炸爆破藥的直徑。
通常1.25倍的裝藥直徑即為爆破孔的直徑,所以75 mm即為預(yù)裂爆破孔在井下的直徑。
根據(jù)實(shí)際的煤礦井下的狀況,明確一行預(yù)裂爆破孔被安置在頂板上,其頂板的位置是綜采面液壓支架尾部的位置,圖1即為煤礦井下綜采預(yù)裂爆破孔布置方案圖。
圖1 綜采面預(yù)裂爆破孔布置方案圖
井下綜采面有269 m長的的斜坡,需要的預(yù)裂爆破孔為18個被安置在這段斜坡上,在爆破孔中第一個的位置是其中心位置與左側(cè)綜采面的腰線在同一水平線上,預(yù)裂爆破孔的直徑和深度分別是75 mm和15 m,把6 m和8 m分別設(shè)置為爆破藥和密封段的長度,并預(yù)留200 mm間隙在預(yù)裂爆破孔的最底端,其作用是安置爆破雷管。設(shè)置夾角的度數(shù)60°,其夾角是頂板與爆破孔兩者之間的角度。并把3 m設(shè)置成相鄰的兩個炮孔的間距。把25 m設(shè)置成第2—18號炮孔的深度,其直徑與第一個預(yù)裂爆破孔的相同,同樣預(yù)留200 mm間隙在預(yù)裂爆破孔的最底端用于安置爆破雷管,其夾角應(yīng)該設(shè)置為45°,確保不同層次的巖層都能可靠的爆破[3]。
本計劃具有對爆破時間與位置依據(jù)地質(zhì)條件的不同而選擇也不相同的特點(diǎn),而且,高靈活度的爆破控制,良好的爆破成效,更好地阻止了礦壓波動的途徑,使牢靠和穩(wěn)固的綜采頂板得到保障,進(jìn)一步確保了井下持續(xù)不斷地綜采操作,符合了綜采工作效率提高的要求。
在煤礦井下綜采工作時,由于開采的強(qiáng)度較大致使頂板穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)由于墜落失去穩(wěn)定性而被損壞,所以在綜采時為了其頂板與圍巖承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,就要對液壓支架的支護(hù)阻力與初撐力進(jìn)行調(diào)整,對穩(wěn)固的頂板提供了保障,在煤礦井下液壓支架中,8 000~1 600 kN是支護(hù)阻力在煤礦井下液壓支架中的范圍,當(dāng)初撐力在煤礦井下液壓支架中的最好的數(shù)值確定時,監(jiān)督檢測頂板下沉量時應(yīng)選取不同比值,其比值是初撐力/支護(hù)阻力的比,本文選取的數(shù)值是0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,圖2即為其監(jiān)督檢測的結(jié)果曲線圖。
圖2 不同初撐力情況下的頂板下沉量
根據(jù)監(jiān)督檢測的結(jié)果表明,由于逐漸增大的支護(hù)阻力,選取的比值不同,其頂板都會下沉,但是其下沉量在逐漸減小,比值越大下降的越緩慢,但在現(xiàn)實(shí)工作時,越大的液壓支架的支護(hù)阻力,就會影響支架的使用時間,所以在使用煤礦井下液壓支架的時候,通常把初撐力與支護(hù)力的比值控制在0.7左右,在選擇液壓支架的初撐力時,受液壓支架不同的影響,把初撐力與支護(hù)阻力的比值確定為0.6~0.7,能夠?yàn)榉€(wěn)固的井下巷道頂板和安全的綜采工作提供保障。
井下綜采在預(yù)裂爆破方案和調(diào)節(jié)液壓支架初撐力方案兩者相互作用下,使其工作效率得到較大幅度的提升,但因?yàn)橛芯植康乃蓜拥南锏来嬖谟诒浦?,所以固有的綜采方案(串行式)已經(jīng)沒有辦法符合安全和高效率的綜采的要求。根據(jù)實(shí)際的煤礦井下的狀況,一種新的綜采技術(shù)被提出來,其技術(shù)即為井下協(xié)同綜采技術(shù),圖3即為煤礦井下協(xié)同綜采布置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3 煤礦井下協(xié)同綜采布置結(jié)構(gòu)示意圖
為了達(dá)到井下頂板的要求,垮落段與充填段構(gòu)成了煤礦井下綜采面,固有的液壓支架支護(hù)被垮落段所使用,充填液壓支架與使用過渡液壓支架兩者被同步使用在充填段進(jìn)行工作,為了達(dá)到綜采工作時的要求,刮板輸送機(jī)及一組采煤機(jī)協(xié)同工作,其位置是位于綜采面的前方,充填液壓架充填巷道的后方,為綜采面實(shí)施充填工作提供保障。依據(jù)使用時總結(jié)的經(jīng)驗(yàn),在使用協(xié)同綜采工作時可以靈活地調(diào)節(jié)采煤段與充填段在綜采面的長度,以達(dá)到更安全、更有效率的充填效果的要求,依據(jù)井下現(xiàn)實(shí)的檢測確定,要取得最好的綜采平衡率就需要選取7∶3的綜采長度與充填長度的比值。
礦壓控制與協(xié)同綜采技術(shù)被某礦的井下巷道頂板應(yīng)用以后,統(tǒng)計綜采面的礦壓從2020年5月—2020年7月之間出現(xiàn)的狀況,47.3 m的步距是頂板來壓的距離,液壓支架的工作阻力能夠承受頂板來壓時候的力度,逐漸減小綜采面的壓力,巷道頂板完好,沒有頂板跨落、片幫等非正常現(xiàn)象出現(xiàn),使礦壓事故可以被很好的制止,其事故是由于在井下綜采時礦壓振動造成的,并且因?yàn)榘踩木戮C采工作得到了保障,降低了因?yàn)槭鹿识V股a(chǎn),提高不低于11.4%的煤礦井下綜采作業(yè)效率。
1)為了給巷道頂板提供更加安全的保障,由于頂板在礦壓振動時的下沉量明顯下降,其經(jīng)過了調(diào)節(jié)液壓支架的初撐力與預(yù)裂爆破方案兩種方案共同作用下調(diào)整并完成。
2)為了取得最好的綜采平衡率就需要選取比值為7∶3的綜采長度與充填長度的比值,提高了不低于11.4%的煤礦井下綜采作業(yè)效率。