探析15號(hào)煤層回采工作面堅(jiān)硬頂板預(yù)裂軟化技術(shù)

（山西凌志達(dá)煤業(yè)有限公司 山西 046600）

隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，煤礦挖掘技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，因此需要一種新的挖掘技術(shù)來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代的社會(huì)需求，本文主要介紹堅(jiān)硬頂板預(yù)裂軟化技術(shù)。

1.15號(hào)煤層圍巖地質(zhì)的物理學(xué)解析

現(xiàn)有的開(kāi)采資料表明，15號(hào)煤層絕大部分是由泥巖所組成的，同時(shí)也含有黃鐵礦泥巖以及細(xì)沙巖薄層等多種結(jié)構(gòu)。但這種泥巖所組成的頂板結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，比較容易坍塌，很容易在開(kāi)采時(shí)發(fā)生意外事故。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，在15號(hào)煤之上太原組粉砂質(zhì)泥巖的密度為2.66g/cm3，含水率為1.66%～1.73%，飽和極限抗壓強(qiáng)度為22.61～25.33MPa，為軟弱巖石。同時(shí)，底板泥巖密度為2.57g/cm3，含水率為1.68%，飽和極限抗壓強(qiáng)度23.92MPa，為軟弱巖石。這種結(jié)構(gòu)的煤層在采煤的過(guò)程中更容易發(fā)生坍塌事故。

(1)井田地質(zhì)的概述

本文所探究的15號(hào)煤層井田的出露地質(zhì)主要有下石盒子組、上石盒子組、二疊系山西組和第四系松散沉積物組成。它的總體走向?yàn)橛蓶|向北但是產(chǎn)狀上較為平緩。由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，通常該地質(zhì)層會(huì)形成一些小型褶皺構(gòu)造。但是在井田的中部卻與眾不同，它有相對(duì)隆起的背斜構(gòu)造，這與井田原本的構(gòu)造并不協(xié)調(diào)。

(2)15號(hào)煤層頂?shù)装宓膸r石性組成

根據(jù)現(xiàn)有資料可以發(fā)現(xiàn)，在15號(hào)煤層的上部通常會(huì)因?yàn)橐恍┎欢ㄐ缘脑颍绯霈F(xiàn)厚度為0-2cm以泥巖層為主的透鏡體狀?yuàn)A層。這些夾層就是后來(lái)所產(chǎn)生的14號(hào)煤層。對(duì)15號(hào)煤層進(jìn)行調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)煤層的直接頂板為K2灰?guī)r，這種巖石多表現(xiàn)為厚層狀通常比較堅(jiān)硬，在工程上表現(xiàn)出了比較優(yōu)良的性能。但是在K2灰?guī)r的下部常常會(huì)有許多炭質(zhì)泥巖頂板，這種頂板結(jié)構(gòu)與K2灰?guī)r頂板的性能恰恰相反，泥巖層的力學(xué)強(qiáng)度較低，在采取的過(guò)程中比較容易掉落。現(xiàn)在的15號(hào)煤層的頂?shù)装澹话闶悄鄮r或者是黃鐵礦泥巖為主，這就加大了開(kāi)采的難度。

(3)工作面圍巖的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)對(duì)15號(hào)煤井進(jìn)行的采樣測(cè)試，15號(hào)煤層的K2灰?guī)r的巖石指標(biāo)大約在70%，巖石的質(zhì)量相對(duì)較好，巖石也比較完整，因此可以被評(píng)為三級(jí)。但是在該煤層中的底板泥巖上，巖石質(zhì)量比較差，同時(shí)完整度也不是很好。因此從上述調(diào)查我們可以發(fā)現(xiàn)在井田中頂板的K2灰?guī)r質(zhì)量相對(duì)比較好，底板泥巖的穩(wěn)固性相對(duì)比較差。

2.15號(hào)煤層堅(jiān)硬頂板預(yù)裂軟化技術(shù)的具體探究

因?yàn)樵谟靡话惴椒ㄟM(jìn)行采煤的過(guò)程中，會(huì)使得采空區(qū)產(chǎn)生大面積懸頂?shù)目諈^(qū)，這對(duì)于頂板比較堅(jiān)硬的一般煤田來(lái)說(shuō)并沒(méi)有關(guān)系。但是由于15號(hào)井田部分泥巖性能比較差，會(huì)發(fā)生瞬間垮塌的危險(xiǎn)，因此我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)了一種新型的預(yù)裂軟化技術(shù)來(lái)對(duì)15號(hào)煤層進(jìn)行開(kāi)采。

在巖石爆破機(jī)理研究過(guò)程中，一般情況下我們可以認(rèn)為是爆炸所產(chǎn)生大量氣體聚集導(dǎo)致的壓強(qiáng)變化，最終使巖石破裂。但是這種方法一般只適用于整體性比較好的巖石，對(duì)于15號(hào)井田我們?cè)O(shè)計(jì)的新型的采集方法主要以爆破產(chǎn)生氣體為主。因此，現(xiàn)在的新型技術(shù)就是通過(guò)人為的方法來(lái)破壞頂板的整體性，從而減小頂板大面積垮落發(fā)生的可能性。通過(guò)爆破弱化的方法來(lái)人為的將頂板進(jìn)行切斷，從而從根本上減少了煤層頂板坍塌的可能性。

(1)預(yù)裂爆破的目的

那么，在進(jìn)行采煤的過(guò)程中，為什么需要進(jìn)行預(yù)裂爆破，因?yàn)樵诿旱V生產(chǎn)的過(guò)程中頂板事故所占的比例比較大，對(duì)于那些煤層頂板比較堅(jiān)硬的井田，盡管在采煤的過(guò)程中會(huì)使整個(gè)頂板變得比較薄弱，由于煤層的工程性能比較好，因此發(fā)生危險(xiǎn)的概率比較小。盡管這樣，也不乏會(huì)有一些煤層由于頂板不牢固，而使得采空區(qū)頂板大面積進(jìn)行坍塌，從而造成人員和設(shè)備的損傷。不僅如此，在頂板發(fā)生坍塌的時(shí)候更容易產(chǎn)生一些瓦斯，如果沒(méi)有及時(shí)的處理好，會(huì)導(dǎo)致瓦斯重大事故。因此我們進(jìn)行預(yù)裂爆破是為了有效的防止工作面堅(jiān)硬板災(zāi)害事故，預(yù)防事故發(fā)生。同時(shí)對(duì)于這種頂板的工程性能比較差的井田，則更需要進(jìn)行頂板的預(yù)裂爆破。這樣才能破壞頂板的整體性，人為的控制頂板的儲(chǔ)能條件，從而減小沖擊地壓的發(fā)生。

(2)巖石爆破損傷斷裂的機(jī)理

在巖石爆破過(guò)程中，炮孔的周?chē)鷧^(qū)間可以分為三個(gè)區(qū)域。爆破禁區(qū)，爆破中區(qū)以及爆破遠(yuǎn)區(qū)。在爆破的作用下，由于大量氣體的產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致巖石分為以下的兩種階段，第一種是因?yàn)橛杀λa(chǎn)生的巨大沖擊波使整個(gè)頂板產(chǎn)生宏觀的碎裂。第二種就是由于爆破氣體的沖壓，使得原本已經(jīng)產(chǎn)生的宏觀裂變又發(fā)生二次擴(kuò)展。一般來(lái)說(shuō)，爆炸產(chǎn)生的沖擊波只能使得比較堅(jiān)硬的巖石產(chǎn)生肉眼看見(jiàn)的裂縫，而在爆炸后所產(chǎn)生的巨大氣體則會(huì)使得原本已經(jīng)分裂開(kāi)的巖石進(jìn)行緩慢的二次擴(kuò)展。

3.堅(jiān)硬頂板預(yù)裂軟化技術(shù)的規(guī)劃方案

由于許多井田的頂板比較堅(jiān)硬，強(qiáng)度比較高，基本上不會(huì)出現(xiàn)自然裂縫，這說(shuō)明了井田的頂板整體性比較好，而且有較強(qiáng)的自我恢復(fù)能力。因此我們打算在頂板上打雙排眼，每排眼排距大概在1.5m左右，并且在需要開(kāi)采的工作面兩端各打上炮眼。在需要采取的工作面上安裝將近上百個(gè)炮眼。在每個(gè)炮眼處裝好需要爆破的炮彈后，每隔3-5m左右進(jìn)行連線和爆破。同時(shí)，為保證安全的進(jìn)行爆破，我們打算每次同時(shí)起爆2個(gè)炮眼，進(jìn)行分步起爆。在爆破工作進(jìn)行之前，需要將相關(guān)人員進(jìn)行疏散并保持空氣的流通，防止意外事件的發(fā)生。

4.施工安全技術(shù)方面的舉措

(1)鉆機(jī)施工的安全注意事項(xiàng)

①在現(xiàn)場(chǎng)的工作人員需要嚴(yán)格的按照工作流程進(jìn)行爆破工作，不可私自進(jìn)行，同時(shí)在進(jìn)行交接工作的時(shí)候，需要每個(gè)人把所需工作部分全部交接完畢之后方可離開(kāi)。

②在鉆機(jī)鉆進(jìn)的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)工作人員應(yīng)該實(shí)時(shí)觀察所挖掘井田的巖石質(zhì)地變化情況。如果發(fā)現(xiàn)巖石發(fā)生了變化，工作人員應(yīng)該及時(shí)調(diào)查情況，如果情況十分危急則必須阻止本次挖掘的繼續(xù)進(jìn)行。

③在進(jìn)行挖掘工作的時(shí)候，工作人員應(yīng)該穿著整齊，并且扎緊身上衣服的通風(fēng)處，防止在工作的時(shí)候鉆機(jī)發(fā)生意外將衣服卷進(jìn)旋轉(zhuǎn)部位而導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的發(fā)生，同時(shí)在進(jìn)行工作的時(shí)候，需要工作人員時(shí)時(shí)刻刻的注意鉆機(jī)的定位情況，如果鉆機(jī)發(fā)生松動(dòng)等危險(xiǎn)的情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整或者停止工作。

(2)工作面頂板的管理

在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)有一些特殊的工作面板，它們比較堅(jiān)硬，這樣的面板可以更好的安裝鉆機(jī)，讓整個(gè)開(kāi)采的難度變小。但是這種比較堅(jiān)硬的頂板有利也有弊。如果一旦發(fā)生坍塌事件，那么其危險(xiǎn)性極高。因此在堅(jiān)硬頂板的情況下，我們需要保證整個(gè)工作平面的完整性，只有這樣才能保證整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中所有工作人員的安全。

圖1 綜合機(jī)械化采煤工作面

(3)加強(qiáng)對(duì)于瓦斯及煤塵的管理

我們?cè)诓删虻墓ぷ鬟^(guò)程中，應(yīng)該及時(shí)的進(jìn)行通風(fēng)處理，而且在每個(gè)通風(fēng)區(qū)都應(yīng)該設(shè)立檢測(cè)點(diǎn)，每隔2-3天左右檢查一下瓦斯含量，并且派遣專(zhuān)人去定期維護(hù)通風(fēng)設(shè)施，保證在工作的過(guò)程中通風(fēng)設(shè)施可以正常的運(yùn)行。如果在進(jìn)行采掘的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施停止進(jìn)行，或者是在工作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)瓦斯含量超標(biāo)，所有的工作人員應(yīng)該立即停止采掘，并且以最快的速度撤出工作范圍到達(dá)安全的地方。

5.結(jié)束語(yǔ)

15號(hào)井田煤炭資源儲(chǔ)量豐富，但是由于各個(gè)區(qū)域的地質(zhì)條件復(fù)雜和地殼結(jié)構(gòu)變化，開(kāi)采難度會(huì)相對(duì)困難，這種新的開(kāi)采方式可以讓采礦工作更加的順利，加快開(kāi)采效率。