酸刺溝礦首采面深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)

宋占有

(內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

酸刺溝礦首采面深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)

宋占有

(內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

針對(duì)酸刺溝礦 6上煤厚層砂巖頂板初采期間難垮問(wèn)題,理論計(jì)算基本頂極限垮距為50m,加之日推進(jìn)度在 10m以上,初次來(lái)壓步距大易造成大面積來(lái)壓,對(duì)人員和設(shè)備將構(gòu)成嚴(yán)重威脅,確定采用深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,切眼與兩巷深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂減緩了初次來(lái)壓期間的礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度,保障了首采面安全高效開(kāi)采。

首采面;深孔預(yù)裂爆破;強(qiáng)制放頂

Roof Deep-hole Pre-blasting Technology of FirstM in ing Face in Suancigou Colliery

頂板大面積來(lái)壓主要是因堅(jiān)硬頂板被采空的面積超過(guò)一定極限值,發(fā)生大面積垮落而造成劇烈的動(dòng)壓現(xiàn)象[1]。其具有嚴(yán)重的沖擊破壞作用,甚至形成巨大暴風(fēng),對(duì)人員和設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害,為此應(yīng)采取強(qiáng)制放頂或高壓注水弱化頂板等措施,防止大面積來(lái)壓。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題,一些學(xué)者已進(jìn)行了研究,其中,方新秋教授結(jié)合堅(jiān)硬薄基巖淺埋煤層,采用理論分析與離散元模擬確定了合理的強(qiáng)制放頂步距并有效避免了初次大面積來(lái)壓[2];李慧平圍繞神東礦區(qū)厚基巖頂板采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù),實(shí)現(xiàn)了厚基巖工作面安全高效回采[3];宮世文針對(duì)鐵法大隆礦頂板特點(diǎn)采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)頂板的控制[4];趙俊針對(duì)巖漿巖侵入形成的堅(jiān)硬頂板提出了“切頂排加強(qiáng)支護(hù)結(jié)合人工強(qiáng)制放頂”的方法處理頂板[5],取得了較好的效果。

1 首采面地質(zhì)與開(kāi)采條件

酸刺溝礦 6上煤首采 1103工作面,傾斜長(zhǎng)300m,推進(jìn)長(zhǎng) 1507 m,切眼尺寸為 7.8 m×3.4 m,采用 “錨網(wǎng)索 +木支柱”聯(lián)合支護(hù)形式。1103綜采面分層大采高開(kāi)采,上分層開(kāi)采高度 4.5m,工作面設(shè)計(jì)能力 6.5Mt/a,液壓支架工作阻力8824kN,初撐力 5890kN,支撐高度為 2.4～5.0m。

6上煤位于石炭系上統(tǒng)太原組第二巖段上部,埋深為 228.75m,煤厚 7.04～18.56m,平均厚12.15m;頂板依次為粗粒砂巖 (厚 8.20m)、中粒砂巖 (厚 7.80m),巖體抗壓強(qiáng)度較高;底板多為泥巖、砂質(zhì)黏土巖,局部為粗粒砂巖。

2 初采期間爆破強(qiáng)制放頂?shù)谋匾苑治?/h2>

依據(jù) 1103工作面內(nèi) yb02鉆孔探測(cè)資料,頂板巖層主要由硅質(zhì)膠結(jié)的厚層粗粒砂巖和硅質(zhì)膠結(jié)的厚層硬中粒砂巖組成,無(wú)直接頂,實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)測(cè)試結(jié)果為粗砂巖抗壓強(qiáng)度 36.19MPa,中砂巖抗壓強(qiáng)度 33.64MPa,頂板巖層呈現(xiàn)為厚層整體結(jié)構(gòu),巖體中層理、節(jié)理和裂隙都不發(fā)育,首采面根據(jù)固支梁計(jì)算基本頂極限垮距為 40.5～50m,加之工作面推進(jìn)速度快,日進(jìn)度 10m以上,一般初次來(lái)壓步距為 60～100m,故初次來(lái)壓前易造成頂板大面積來(lái)壓,破壞力大,嚴(yán)重威脅人員與設(shè)備安全。

按照固支梁計(jì)算基本頂極限垮距[1],即初次來(lái)壓步距 Lf為：

式中,h1為基本頂厚度,8.20m;RT為基本頂?shù)目估瓘?qiáng)度,取 2.5～3.8MPa;q為基本頂巖層所受載荷,根據(jù)組合梁原理得載荷為 205kPa。

隨著高產(chǎn)高效工作面開(kāi)采技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用,是否出現(xiàn)大面積懸頂,不僅要考察巖層的強(qiáng)度和厚度,還要結(jié)合綜采面的推進(jìn)速度。過(guò)去推進(jìn)速度一般為 3～5m/d,此時(shí)對(duì)于強(qiáng)度為 30MPa的巖層多表現(xiàn)為軟頂板,而在采用高效開(kāi)采設(shè)備快速推進(jìn)的條件下,日進(jìn)度可達(dá) 10～15m,此時(shí)同為強(qiáng)度30～40MPa的巖層則表現(xiàn)為難垮頂板,需要采取強(qiáng)制爆破放頂技術(shù)處理。目前該礦區(qū)的長(zhǎng)壁綜采面全部采取爆破強(qiáng)制放頂措施,以減小初次來(lái)壓步距和降低初次來(lái)壓顯現(xiàn)強(qiáng)度。

3 深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂方案設(shè)計(jì)實(shí)施

3.1 切眼內(nèi)深孔預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)

(1)切眼頂板內(nèi)深孔預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計(jì)1103工作面上分層采高 4.5m,為使頂板在初次來(lái)壓前及時(shí)垮落,使采場(chǎng)后方有足夠的矸石墊層厚度,在實(shí)際施工鉆孔時(shí),頂板處理高度為 10m。采用靠聯(lián)巷側(cè)距中線(xiàn) 1m處、孔間距 10m,平行切眼軸線(xiàn)呈“一字型”的布置方式,考慮到裝藥方便,鉆孔仰角 33°,爆破孔長(zhǎng)度為 18.271m,鉆孔水平投影為 15.399m。在切眼 300m工作面長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破放頂,共布置 30個(gè)鉆孔,切眼頂板預(yù)裂爆破的鉆孔布置如圖 1所示。

圖1 切眼頂板爆破鉆孔布置

在工作面設(shè)備安裝前進(jìn)行切眼內(nèi)頂板鉆孔施工,選用 φ85mm鉆頭,等工作面推出切眼后,裝藥強(qiáng)制爆破放落頂板。

(2)炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì) 考慮粗、中粒砂巖厚層堅(jiān)硬頂板的力學(xué)強(qiáng)度和預(yù)裂爆破效果,故選用高威力乳化炸藥,藥包規(guī)格為 φ70mm×500mm,為增強(qiáng)斷頂爆破效果,選用裝藥系數(shù)0.7,炮泥裝填系數(shù) 0.3。因切眼頂板的炮眼長(zhǎng)度18.20m,設(shè)計(jì)裝藥長(zhǎng)度 12.70m,炮泥長(zhǎng)度 5.50m,每米炮眼裝藥量 4kg,每孔總裝藥量為 50.80kg。炮眼裝藥結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

雷管選用煤礦 5段毫秒延期電雷管,采用孔內(nèi)并聯(lián)與整個(gè)切眼內(nèi)孔與孔之間大串聯(lián)的聯(lián)線(xiàn)方式,起爆方式采用延期電雷管 +導(dǎo)爆索起爆,起爆器選用強(qiáng)力 MFB-100型。裝藥前清凈炮眼,用φ70mm×1500mm的木制炮棍將裝有藥卷、炮泥和導(dǎo)爆索的 PVC管裝入孔內(nèi)。放炮采取同時(shí)起爆方式,各孔分組延時(shí)起爆,分 5個(gè)爆破段,每段延時(shí)25ms,爆破順序?yàn)橄绕鸨\(yùn)輸機(jī)尾的第 1組 6個(gè)炮眼,繼而起爆第 2組,依次到最后下出口第 5組。為確保爆破人員安全,警戒和放炮安全距離不小于300m。在工作面煤壁與切眼距離為 15～16m時(shí),實(shí)施爆破放頂作業(yè)。切眼頂板爆破技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 1。

3.2 回采巷道內(nèi)深孔預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)實(shí)施

表1 切眼內(nèi)頂板預(yù)裂爆破的技術(shù)參數(shù)

(1)兩巷深孔爆破的鉆孔布置參數(shù)設(shè)計(jì) 在進(jìn)行兩巷的鉆孔施工時(shí),將鉆機(jī)布置在切眼前方40～50m處的聯(lián)巷內(nèi),鉆機(jī)高度定為 1.5m,從頂板處理效果和預(yù)爆破安全的角度考慮,底層孔距頂板最終高度 7m,頂層孔距頂板的最終高度 14m,終孔點(diǎn)均落在距巷幫 50m,鉆孔與巷道軸線(xiàn)正交,巷道寬度 5m。

底層孔仰角為：

φ1=arctan(9.5/55) =9°47′59′′≈ 10°

因此,其鉆孔長(zhǎng)度為：

L1=50/cos10°=50.771(m)

頂層孔仰角為：

φ2=arctan(16.5/55) =16°41′57′′≈ 17°

因此,其鉆孔長(zhǎng)度為：

L1=50/cos17°=52.285(m)

(2)兩巷深孔爆破的鉆機(jī)布置參數(shù)設(shè)計(jì) 鉆機(jī)高度 1.5m,巷道寬度按 5 m計(jì)算,若底、頂層鉆孔仰角分別為 10°,17°,則底層鉆孔孔口距巷道底板的實(shí)際高度為：

ha=1.5+5tan10°=2.382(m)

頂層鉆孔孔口距巷道底板的實(shí)際高度為：

ha=1.5+5tan17°=3.029(m)

兩巷深孔爆破的鉆孔剖面布置及參數(shù)見(jiàn)圖 3,當(dāng)工作面推進(jìn)至與巷道預(yù)裂爆破位置相距 10m時(shí),即在工作面推進(jìn) 50m時(shí)實(shí)施巷道切頂預(yù)裂爆破。

圖3 兩巷斷頂爆破的鉆孔剖面布置

(3)兩巷炮眼裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到巷道內(nèi)深孔爆破的圍巖安全性,不破壞巷道頂板與兩幫圍巖結(jié)構(gòu),故選用裝藥系數(shù)為 0.6,炮泥裝填系數(shù)為0.4。兩巷斷頂?shù)呐谘垩b藥結(jié)構(gòu)如圖 4所示。兩巷預(yù)裂斷頂爆破的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 1。

圖4 兩巷頂板預(yù)裂爆破的炮眼裝藥結(jié)構(gòu)

4 強(qiáng)制爆破放頂綜合效果分析

在 1103工作面切眼內(nèi)依據(jù)上述設(shè)計(jì)方案實(shí)施了深孔預(yù)裂爆破放頂,在支架剛推出切眼后開(kāi)始連線(xiàn)放炮,爆落煤巖塊基本充滿(mǎn)支架后采空區(qū),采空區(qū)頂板由兩端固定梁結(jié)構(gòu)變?yōu)閼冶哿航Y(jié)構(gòu),有效減弱了初次來(lái)壓時(shí)的動(dòng)載沖擊作用。在工作面推進(jìn)74m時(shí),工作面初次來(lái)壓,未對(duì)人員及工作面設(shè)備造成破壞影響,此后在兩巷預(yù)定位置實(shí)施頂板預(yù)裂深孔爆破,工作面初次來(lái)壓期間未出現(xiàn)動(dòng)載沖擊現(xiàn)象,保證了初次來(lái)壓前后回采安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

以酸刺溝煤礦首采面地質(zhì)及開(kāi)采條件為依據(jù),根據(jù)固支梁計(jì)算基本頂極限垮距為 40.5～50m,加之工作面日推進(jìn)度在 10m以上,初次來(lái)壓步距增大到 60～100m,要求采取深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂,按照爆破強(qiáng)制放頂方案設(shè)計(jì),針對(duì)性地實(shí)施了1103綜采工作面爆破強(qiáng)制放頂技術(shù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)爆破效果及工作面初次來(lái)壓前后礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度,證明本次爆破強(qiáng)制放頂設(shè)計(jì)是成功的,確保了首采面初采期間頂板安全管理和綜采面安全高效生產(chǎn)。

[1]錢(qián)鳴高,石平五 .礦山壓力與巖層控制 [M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[2]方新秋,郝憲杰,蘭奕文 .堅(jiān)硬薄基巖淺埋煤層合理強(qiáng)制放頂距的確定 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(2).

[3]李慧平 .神東礦區(qū)厚基巖頂板強(qiáng)制放頂初探 [J].陜西煤炭,2005(2)：33-34.

[4]宮世文,張蓀茗,孫 震,等 .深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)的應(yīng)用 [J].煤礦安全,2007(1)：21-22.

[5]趙 俊 .巖漿巖侵入條件下工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及控制[J].煤炭工程,2009(9)：75-77.

TD235.371

B

1006-6225(2010)04-0103-03

2010-03-15

宋占有 (1965-),男,內(nèi)蒙古商都人,采礦高級(jí)工程師,現(xiàn)任內(nèi)蒙古廣聯(lián)煤化有限責(zé)任公司副總經(jīng)理、內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)有限公司工程部部長(zhǎng)。

于海湧]