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）

引言

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。

1 頂板礦壓的控制技術(shù)方案

1.1 預(yù)裂爆破

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。

1.2 調(diào)節(jié)液壓支架初撐力

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。

2 新型的井下協(xié)同綜采安全技術(shù)的提出

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。

3 礦壓控制及協(xié)同綜采技術(shù)的應(yīng)用情況

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。

4 結(jié)語

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。