趙永青
(山西焦煤集團有限責(zé)任公司屯蘭礦,山西 古交 030206)
在屯蘭礦12505工作面停采時,在超前于工作面的前方進行切頂卸壓工作,沿頂板向工作面前上方斷頂切縫,保護南五采區(qū)集中巷及變電所。屯蘭礦12505工作面前方的南五采區(qū)集中大巷,受12505工作面回采動壓影響預(yù)計巷道變形較大,如圖1所示。在工作面的末采收尾后,在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)進行深孔爆破預(yù)裂、斷頂卸壓工作,以實現(xiàn)保護該工作面前方的南五采區(qū)大巷、避免其大范圍發(fā)生底鼓、幫鼓、噴漿掉皮等變形量過大現(xiàn)象。此外,可使工作面多回采煤炭資源,如果工作面停采線能夠向前挪移20m,按工作面斜長205m、煤層厚度4m計算,則可以多回采煤炭205×4×20×1.5=2.46萬t,按每噸價格400元計算,則可以多創(chuàng)收1000萬元。可見該課題的研究意義重大、經(jīng)濟效益十分可觀。
該工作面2、3號煤層厚度穩(wěn)定,合并開采,2號煤厚2.60~3.20m,平均約2.96m;2號煤與3號煤之間夾一層砂質(zhì)泥巖,厚0.50~0.87m,平均約0.69m;3號煤厚0.40~1.00m,平均約0.60m;煤巖總厚均約4.25m,煤層有益厚度均約3.56m,工作面煤厚分布規(guī)律為自Ⅰ切眼向外由薄逐漸變厚:最薄處為Ⅰ切眼機頭附近約3.15m,最厚處為皮帶順槽12號點附近約4.05m,另外,皮帶順槽煤厚總體大于軌道順槽,煤質(zhì)為焦煤,工作面煤層整體為樞紐向南西傾斜的緩向斜,煤層最大傾角10°,最小傾角3°,平均6°。
圖1 工作面停采線附近超前支承壓力影響示意圖
該工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷層及褶曲發(fā)育,工作面兩順槽掘進過程中共揭露10條正斷層。其中最小落差0.7m,最大落差14m。F2、F4和F6正斷層落差2.3-6.6M且于皮順及軌順都揭露,對回采影響較大,其中受F2的影響,導(dǎo)致工作面重新布置,重開切眼;F1、F3、F5、F7、F8 和 F9 正斷層落差均在 2.2m 以下,且在工作面內(nèi)延伸不長,對回采有一定影響,F(xiàn)10正斷層落差較大,但位于設(shè)計停采線以外,對回采無影響。根據(jù)地表及相鄰工作面揭露情況分析,該工作面中部為東大嶺向斜軸部,屬應(yīng)力集中區(qū),受其影響,可能樞紐附近存在伴生斷層及節(jié)理的影響,并且出現(xiàn)煤質(zhì)松軟、裂隙發(fā)育、瓦斯異常涌出等現(xiàn)象。
1)該工作面水文地質(zhì)條件復(fù)雜,全區(qū)帶壓,奧灰水靜水位標(biāo)高為860m,工作面底板標(biāo)高674~739m,工作面水壓 1.21~1.86MPa,突水系數(shù)為0.01756-0.02163MPa/m,位于相對安全區(qū)內(nèi)。
2)該工作面右側(cè)為12503采空區(qū),軌道順槽整體標(biāo)高低于12503工作面軌道順槽標(biāo)高,現(xiàn)已在12505軌道順槽施工4個放水孔,K3不出水,K1、K3和K4有少量的出水,主要為采空區(qū)局部低洼處積水,對回采影響較小。
3)回采中主要出水水源為2#煤層上部砂巖裂隙水,回采期間老頂跨落后上覆巖層形成冒落裂隙帶,上部砂巖裂隙水可能通過裂隙涌入采空區(qū)及工作面,局部地段可能會有淋滴水現(xiàn)象。
4)切眼向外167m距左幫58m附近有444煤田勘探孔,該鉆孔終孔位于10號煤底板下19m,由于年代久遠,封孔資料不詳,回采至該鉆孔附近時需提前采取防范措施,確保順利通過該鉆孔。
1)回采前在Ⅱ切眼附近需施工水倉并完善排水系統(tǒng),以保證排水能力不小于最大涌水量2倍以上。
2)初采初放期間需加強水情監(jiān)測,如發(fā)現(xiàn)頂板淋水增大或落山內(nèi)沿支架底座出水需及時制定排水措施。
3)工作面回采過程中注意觀測底板出水的水色水溫變化,遇有異常及時匯報礦調(diào)度。
物探院使用無線電波坑透儀、瞬變電磁儀對12505工作面進行了物探??油纲Y料顯示Ⅰ切眼向外301~351m范圍內(nèi)靠近皮帶順槽附近為E1坑透異常區(qū),Ⅱ切眼向外2-252m范圍內(nèi)為E2坑透異常區(qū),E2坑透異常區(qū)內(nèi)主要存在斷層和褶曲等構(gòu)造;瞬變電磁儀探測存在順層及底板向下45°共2個低阻異常區(qū)。根據(jù)坑透及瞬變電物探成果,對12505工作面進行鉆探驗證,經(jīng)對2個坑透異常區(qū)及2個瞬變電磁異常區(qū)鉆探驗證,并結(jié)合瓦斯抽采鉆孔資料分析:E1坑透異常區(qū)局部存在節(jié)理,E2坑透異常區(qū)為東大嶺向斜樞紐及斷層集中區(qū),并基本控制了樞紐及F3、F4和F7正斷層的走向,在對異常區(qū)鉆探施工過程中探測鉆孔均未見出水現(xiàn)象,但施工E2坑透異常區(qū)的鉆孔存在煤質(zhì)疏松和瓦斯頂鉆現(xiàn)象。
根據(jù)數(shù)值模擬應(yīng)力變化情況,超前支承壓力在末采期間和停采一段時間內(nèi)存在一個動態(tài)變化過程,應(yīng)力會向前方煤體轉(zhuǎn)移。在設(shè)計停采線位置時應(yīng)充分考慮到這一點。為了保證停采后南五采區(qū)大巷少受動態(tài)變化應(yīng)力的影響,在工作面設(shè)備回撤之前需要打孔、斷頂卸壓。
炮孔布置:工作面長按205m計算,由于超前支承壓力較大,需要在工作面的前上方、側(cè)上方爆破出弱面后,阻斷超前支承壓力傳遞路徑。即分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)三個區(qū)域進行卸壓,如圖2所示。
A區(qū):炮孔間距定為3m,每2個支架打一個卸壓孔,中部高抽巷附近10m不打孔,兩端頭各留5m不打孔,則共需布置60個炮孔,編號分別為A1~A60。每個炮孔斜長35m,仰角45°。
圖2 停采線處炮眼布置平面圖
B區(qū):炮孔間距定為2m,從停采線位置向前布置,往煤柱側(cè)偏斜75°,緊貼煤柱幫開孔口,按走向70m范圍,則共需布置35個炮孔,編號分別為B1~B35。每個炮孔斜長35m,仰角45°。
C區(qū):炮孔間距定為2m,從停采線位置向前布置,往煤柱側(cè)偏斜75°,緊貼煤柱幫開孔口,按走向70m范圍,則共需布置35個炮孔,編號分別為C1~C35。每個炮孔斜長35m,仰角45°。
根據(jù)數(shù)值模擬應(yīng)力變化情況,本次打孔全部采用Ф75mm直徑,裝藥全部采用Ф50mm爆破筒,每米裝藥量約1.5kg,既每個孔裝藥30kg,每個炮孔封泥長15m。
工期安排:工作面停產(chǎn)后即可安排打孔,打好3-5個炮孔,即可裝藥起爆一組。建議每次起爆不超過5個炮孔。60個孔,按每天施工9個,共需6天左右完成。B組、C組炮孔可后期根據(jù)時間自行安排施工,每次同時起爆不超過5個炮孔。
1)凹槽聚能爆破管:為了防止殘炮拒爆現(xiàn)象,深孔爆破斷頂需采用凹槽聚能管(不需導(dǎo)爆索)向孔內(nèi)填裝炸藥,該聚能管為阻燃抗靜電材料制成。斷頂炮孔直徑為Ф75mm,因此凹槽聚能管直徑選擇Ф50mm,如圖3所示。
規(guī)格:Ф50mm,長2m一根,每米配一個管間連接扣及防下滑倒刺。
2)輕質(zhì)材料專用炮棍:凹槽聚能管采用專用的“雙抗”炮棍向孔內(nèi)填裝,即抗靜電、抗阻燃材料。該炮棍有專門快速連接頭連接,每根炮棍重量約300g、重量輕便、便于深孔爆破填藥及封泥等操作使用。
圖3 阻燃抗靜電材料凹槽聚能管及切縫效果
規(guī)格:Ф40mm,長2m一根,配20個炮棍大頭。
3)專用深孔封泥袋:封泥袋內(nèi)裝黃土,用于封堵炮孔。規(guī)格:Ф50mm,每個長500mm。停采線深孔爆破斷頂卸壓共計施工60+35+35=130個孔。
1)地表上方養(yǎng)殖場內(nèi)建筑設(shè)施較多,回采對其影響較大。
2)2#、3#煤層合采整體較厚,盡可能跟2#煤頂和3#煤底回采,減少丟煤,提高工作面回采率。
3)Ⅰ切眼附近與底抽巷間距約4-6m,回采過程中注意觀測工作面錨索外露情況,并加強底抽巷支護。
4)工作面中部斷層較多且為向斜核部,施工本煤層瓦斯抽采鉆孔時見巖孔較多,對瓦斯抽采效果有一定影響,該區(qū)域存在瓦斯富集區(qū),回采過程中需加強瓦斯管理,防范瓦斯事故。
5)回采過程中揭露斷層等構(gòu)造時需加強頂板及煤幫管理,防止發(fā)生漏頂和片幫等事故。