綜采工作面切頂卸壓收尾技術(shù)

榮巨晉

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

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綜采工作面切頂卸壓收尾技術(shù)

榮巨晉

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

分析了切頂卸壓收尾技術(shù)在安全的前提下減小了巷道保護煤柱寬度及巷道受采動影響產(chǎn)生的變形，更好地保護了回采動壓影響區(qū)域內(nèi)巷道的形成。切頂卸壓收尾工藝、支架前方頂幫支護方法，預(yù)裂爆破切縫的設(shè)計，還有從支架頂梁上方向采空區(qū)側(cè)定向預(yù)裂爆破切頂，切斷部分頂板的礦山壓力的施工方法，有效減弱了頂板應(yīng)力集中對附近巷道的影響。杜兒坪礦成功應(yīng)用了該技術(shù)，并得出該技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素是不出現(xiàn)大的應(yīng)力集中區(qū)。

綜采工作面；切頂卸壓；預(yù)裂爆破；收尾

1 工作面概況

62516綜采工作面位杜兒坪礦北五盤區(qū)，屬2#煤層，煤厚1.20～2.20 m，平均1.90 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，傾角1°～5°，平均3°. 頂板為砂頁巖、細(xì)砂巖。地面標(biāo)高1 645～1 730 m；井下工作面標(biāo)高1 039.6～1 059.8 m；蓋山厚度600～673 m，平均640 m. 北鄰北一大巷及北一總回風(fēng)巷，南鄰中部大斷層，東鄰62516工作面，西鄰實體煤(未掘)。工作面走向長1 200 m，傾向長210 m，儲量65萬t，回采日期:2016年3月—2016年12月，采用全部垮落法處理采空區(qū)。

2 切頂卸壓收尾工藝

通過在綜采工作面收尾時從支架頂梁上方向采空區(qū)側(cè)定向切頂，切斷部分頂板的礦山壓力，消除或減弱頂板應(yīng)力集中對附近巷道的影響，主要施工工藝流程如下：

1) 工作面正常推進到收尾線時，采煤機正常割煤后，利用錨桿鉆機從支架梁端起開始鋪金屬網(wǎng)并施工第一排頂錨桿和頂錨索。

2) 在已支護的頂板下距支架梁端200 mm處施工切縫爆破鉆孔。

3) 采用專用設(shè)備依次進行預(yù)裂爆破，形成預(yù)裂切縫線，爆破施工結(jié)束后需要對爆破效果進行統(tǒng)計整理，確保切縫效果。

4) 工作面支架再繼續(xù)向前推進兩個循環(huán)(1.6 m)支架頂梁伸入切縫線前方頂板。

5) 停止移動支架，摘開支架前方推拉桿，前移工作面運輸機，采煤機再割煤3個循環(huán)，支架前方留出回撤工作面設(shè)備的空間，對設(shè)備回撤空間頂幫及時掛網(wǎng)并打注錨桿錨索。

6) 正常回撤工作面設(shè)備，頂板沿已形成的切縫線逐段冒落。

具體示意見圖1,2,3.

3 支架前方頂幫支護

為確保支架前方人員作業(yè)以及支架回撤期間的安全，對支架前方區(qū)域頂幫采用金屬網(wǎng)+錨桿+錨索方式全錨支護，根據(jù)該礦以往收尾支護方式、巷道變形情況及支護強度驗算，頂板布置兩排錨索，3排錨桿，停采后前方煤壁布置3排幫錨桿。錨索直徑為21.6 mm，長度8 300 mm. 第一列錨索距切縫孔500 mm，第二排錨索距第一排錨索1 600 mm，排距均為1 500 mm，為減少前移支架對頂錨索的破壞，錨索打注于兩道支架頂梁側(cè)護板間空隙區(qū)域；頂幫錨桿間距750 mm，排距800 mm.

圖1 收尾前切縫孔及錨索施工示意圖

圖2 停采后工作面示意圖

圖3 撤架后工作面示意圖

為補償爆破震動引起的預(yù)緊力損失，待工作面切縫孔放炮結(jié)束后，對錨桿錨索進行2次預(yù)緊，確保錨索預(yù)緊力及錨桿扭矩達(dá)標(biāo)。

4 預(yù)裂爆破切縫

4.1 預(yù)裂爆破切縫設(shè)計

采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，將特定規(guī)格的炸藥裝在兩個設(shè)定方向有聚能效應(yīng)的聚能裝置中，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，而在設(shè)定方向上集中受拉，依靠巖石抗壓怕拉的特性，使巖石按設(shè)定方向拉裂成型，從而實現(xiàn)被爆破體按設(shè)定方向張拉斷裂成型。

該爆破技術(shù)是在對比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型聚能爆破技術(shù)，施工工藝簡單，應(yīng)用時只需要在預(yù)裂線上施工炮孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向。爆轟產(chǎn)物將在兩個設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中張拉應(yīng)力，使預(yù)裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預(yù)裂面。由于鉆孔間的巖石是斷裂的，爆破炸藥單耗將下降，同時由于聚能裝置對圍巖的保護，鉆孔周邊巖體所受損傷也降低，可以達(dá)到實現(xiàn)預(yù)裂的同時又保護巷道頂板。

預(yù)裂切縫深度(H縫)臨界設(shè)計公式如下：

H縫=(H煤-ΔH1-ΔH2)/(K-1)

式中：

ΔH1—頂板下沉量，m；

ΔH2—底鼓量，m；

K—碎脹系數(shù)，取1.3～1.5，本次取1.4.

62516工作面最大采高取2.4 m，考慮到理論計算結(jié)果及頂板巖性情況，預(yù)裂切縫孔深度設(shè)計為6.0 m. 切縫孔布置在巷道采幫與頂板交接位置處，考慮到施工空間限制及頂板巖性，切頂孔與鉛錘方向成10°(向采空區(qū)方向)，切縫孔直徑為48 mm。由于工作面頂板以砂巖為主，炮孔間距設(shè)計為500 mm，每排1個切頂孔。

頂板錨桿+錨索+金屬網(wǎng)加固后，巷道頂板切縫側(cè)在第一排錨索的作用下形成一個固支結(jié)構(gòu)，巷道頂板另一側(cè)在煤體的支撐下也是一個固支結(jié)構(gòu)，則巷道頂板在斷面內(nèi)就是兩端固支的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不會因頂板形成短臂梁造成頂板斷裂事故。切頂孔沿工作面煤流方向，依次采用聚能管裝藥的方式進行預(yù)裂爆破，形成切頂缷壓預(yù)裂切縫線。

4.2 相關(guān)材料

雙向聚能管(BTC-1500型)外徑為42 mm，內(nèi)徑為36.5 mm，管長1 500 mm.

聚能爆破采用二級煤礦乳化炸藥。炸藥規(guī)格為d35 mm×200 mm/卷。

先根據(jù)方案設(shè)計進行單孔試驗，確定合理的裝藥量和封泥長度，再進行間隔爆破，用鉆孔窺視儀觀察兩相鄰裝藥孔間空孔內(nèi)裂紋情況。如兩相鄰裝藥孔間空孔裂紋未達(dá)到裂縫率要求標(biāo)準(zhǔn)，再進行一次連續(xù)爆破試驗，最終確定一次爆破孔數(shù)以及爆破方式。

4.3 切縫炮孔間距及爆破參數(shù)

根據(jù)62516切眼頂板巖性分析，結(jié)合現(xiàn)場實驗效果最終確定爆破預(yù)裂切縫參數(shù)，爆破方式：隔孔裝藥爆破，裝藥間距1 m；聚能管：(1.5+1.5+1) m；裝藥量：(3+2+1)卷；重量：1 200 g；封泥長度：2.0 m. 聚能管中的1.5代表每個聚能管的長度；裝藥量中每個數(shù)字代表在對應(yīng)聚能管的裝藥卷數(shù)。裝藥結(jié)構(gòu)圖見圖4.

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)圖

4.4 施工工藝及要求

1) 切頂孔經(jīng)檢驗合格后進行爆破預(yù)裂切縫，采用不耦合裝藥，正向爆破。

2) 每個切頂孔在裝藥前，先在巷道內(nèi)按照爆破裝藥設(shè)計參數(shù)從孔底聚能管開始連續(xù)裝藥并安設(shè)雷管和引線，然后將引線穿過第二根聚能管，并將第二根聚能管與第一根聚能管用連接件連接，然后在第二根管內(nèi)開始連續(xù)裝藥并安設(shè)引線，重復(fù)按照上述方法，依次完成全部聚能管裝藥。要求每個聚能管內(nèi)采用連續(xù)裝藥，每個聚能管設(shè)置一個雷管。

3) 炮孔封泥封孔前，采用聚能爆破定向桿調(diào)整聚能管切縫方向與切頂線一致，調(diào)整完畢方可封泥。

4) 爆破時躲炮距離不小于100 m，警戒距離100 m.

5) 爆破時停運輸機、停支架液泵。

6) 施工地點設(shè)備保護：爆破點往前10 m，爆破點往后10 m，總長度不小于20 m.

7) 爆破點附近的支架閥組、管路、電纜、開關(guān)采用半圓木或木板、皮帶進行裹蓋，以防崩壞。

8) 每次聚能爆破切頂孔的個數(shù)為20個，隔孔裝藥，中間空孔做為導(dǎo)向孔，最大放炮距離20 m.

4.5 施工工期

工作面設(shè)計預(yù)裂切縫鉆孔420個(單孔深6 m，共計2 520 m)，日施工50個孔(300 m)，工期9天。

5 技術(shù)經(jīng)濟比較

1) 增加投入1.596萬元。工作面設(shè)計施工預(yù)裂切縫鉆孔420個，平均每孔人工費20元，材料費18元，合計1.596萬元。其他收尾支護材料與正常收尾無太大差別，不做比較。

2) 減少煤炭損失量4.2萬t. 采用切頂卸壓收尾技術(shù)后，工作面停采線處巷道保護煤柱寬度由130 m減小到50 m，多增加煤炭采出量80 m，減少煤炭損失4.2萬t.

3) 減少巷道維護成本16.8萬元。為驗證切頂卸壓收尾技術(shù)效果，該礦提前在62516停采線附近被保護的大巷及盤區(qū)準(zhǔn)備巷道內(nèi)每隔50 m安設(shè)了一臺頂板離層儀，經(jīng)收尾前后礦壓觀測分析，發(fā)現(xiàn)頂板離層量在0～10 mm，在允許變形范圍之內(nèi)，減少了二次巷道維護工程量。根據(jù)該礦附近相似巷道維護費用估算，平均每米巷道節(jié)約維修費用800元，則可減少巷道維護成本800元/m×210 m÷10 000=16.8萬元。

6 結(jié) 論

經(jīng)過62516工作面收尾實際檢驗，應(yīng)用切頂卸壓收尾技術(shù)成本小、效果好，適于采高在1.3～3.5 m頂板穩(wěn)定的中厚煤層綜采工作面收尾期間推廣使用。在實際使用過程中，切縫孔間距、眼深、裝藥量還需要根據(jù)工作面采高、基本頂、直接頂巖性、工作面周期來壓步距重新計算確定，能有效地切斷直接頂、頂板充分冒落后圍巖壓力重新均衡分布，不出現(xiàn)大的應(yīng)力集中區(qū)是本技術(shù)成功的關(guān)鍵。

Technology of Fully Mechanized Working Face Roof Cutting Pressure Relief Ending

RONG Jujin

In this paper, the technology of roof cutting and pressure relief are analyzed, and the width of roadway shortened under the premise of safety, the deformation caused by the influence of mining reduced, and the formation of roadway in the area affected by mining better protected. The key points for the construction includes: the roof cutting and the pressure relief process, the protection and support for the roof and the rib ahead of the supporting equipment, the design for the blasting cutting, directional pre-splitting blasting from the top of the support bracket to the gob side, cut off part of the roof pressure. Du’erping coal mine applied the technology successfully, and concluded that the key for the application is that no large stress focused area should be appeared.

Fully mechanized mining face; Roof cutting pressure relief; Presplitting blasting; Ending

2017-01-10

榮巨晉(1978—)，男，山西太谷人，2010年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，工程師，主要從事礦井生產(chǎn)技術(shù)管理、井下生產(chǎn)設(shè)計工作

(E-mail)910446988@qq.com

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1672-0652(2017)03-0041-04