唐安煤礦綜放工作面柔模沿空留巷優(yōu)化設(shè)計(jì)

常 韡

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400)

1 礦井概況

唐安煤礦位于華北板塊山西板內(nèi)造山帶，沁水板拗，太行塊隆西側(cè)，緊鄰東南側(cè)的晉獲褶斷帶。因受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，井田內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜，總體上呈背、向斜相間的褶曲構(gòu)造，其中8個(gè)次一級背、向斜構(gòu)造，26條斷層和93個(gè)陷落柱。3號煤層底板屬較軟-堅(jiān)硬底板。

2 3311工作面復(fù)用巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

3311工作面留巷復(fù)用的圍巖控制要做好一個(gè)核心和四個(gè)關(guān)鍵。

一個(gè)核心是以留巷頂板控制為核心，采取各項(xiàng)強(qiáng)支強(qiáng)卸措施，保證頂板完整性，發(fā)揮圍巖自承能力，控制圍巖變形，為生產(chǎn)提供安全通道。 四個(gè)關(guān)鍵如下。

1) 提高復(fù)用巷道圍巖完整性。在現(xiàn)有超前支護(hù)管理基礎(chǔ)上，加強(qiáng)單體支柱初撐力管理，初撐力不低于18 MPa。

2) 提高復(fù)用巷道側(cè)60 m 范圍內(nèi)煤幫完整性。加強(qiáng)綜采支架初撐力管理，液壓支架初撐力不低于24 MPa。

3) 防止柔模砼墻傾斜。單體柱應(yīng)打設(shè)為傾向棚，并具有3～5°迎山角，單體靠近墻體一側(cè)打設(shè)，條件差時(shí)底板上打設(shè)傾向底梁，強(qiáng)力限制墻角內(nèi)移。

4) 防止架后懸頂。留巷復(fù)用時(shí)要做到：及時(shí)退錨、剪網(wǎng)和斷梁，當(dāng)上述措施不能達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，在煤幫肩角打設(shè)10 m深炮孔，炮孔傾角75°，炮孔間距900 mm，裝藥長度4 m，封孔長度6 m，線裝藥密度1 000 g/m，一次連續(xù)起爆8個(gè)炮孔，切斷關(guān)鍵層，防止出現(xiàn)采空區(qū)懸頂事故。

3 沿空留巷聚能爆破切頂卸壓優(yōu)化

3.1 爆破器材

1) 炸藥。炸藥品種：三級煤礦許用乳化炸藥。炸藥規(guī)格D32 mm×200 mm，每卷 200 g。炸藥密度950～1 050 kg/m3，實(shí)際為1 000 kg/m3。炸藥爆速≥3 000 m/s，實(shí)際為4 000 m/s。

2) 雷管。品種為煤礦許用毫秒延期雷管。段別為第 1 段、第 2 段、第 3 段和第 4 段。

3) 導(dǎo)爆索。導(dǎo)爆索采用煤礦許用導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索是以太安、黑索金炸藥為藥芯、用棉線和塑料編織絲等作包纏物，并以塑料為防潮層組成，規(guī)格為D6.5 mm，爆速≥6 000 m/s。

4) 聚能管。聚能管是一種用于實(shí)現(xiàn)聚能藥包的阻燃抗靜電塑料套管，截面呈橢圓型，如圖1所示。聚能管短徑 35 mm，長徑 42 mm，單節(jié)長度2 m，線裝藥密度1 000 g/m，配套專用連接件和定位塊，見圖1。

圖1 橢圓型聚能管

3.2 孔網(wǎng)參數(shù)

1) 布孔方式。以 3303 軌道巷(L巷)中線為基準(zhǔn)，在靠近回采側(cè)距巷道中線 2 500 mm 處布置一排炮孔。軌道巷留巷寬度4 000 mm，在采取聚能藥包定向斷裂爆破的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)鉆孔直徑 50 mm，炮孔與水平面夾角(炮孔傾角)β=75°。

2) 炮孔長度確定。根據(jù) 3303 工作面軌道巷取芯結(jié)果和原始地質(zhì)資料可知：3303 工作面軌道巷煤厚5.9 m，頂煤2.9 m，直接頂厚度 2.8 m，老頂厚度 9.6 m。 分析可知，確定沿空留巷頂板上方垂直高度15.3 m范圍內(nèi)巖層為主要弱化對象，因此，炮孔長度L為：

L=Mz/sinβ

式中：L為炮孔長度，m；Mz為沿空留巷頂板上方垂直高度，m。經(jīng)計(jì)算得：沿底留頂段L=15.94 m。考慮到被爆破的砂巖老頂預(yù)留孔底安全層厚的需要，又要考慮老頂下的一層砂質(zhì)泥巖爆破時(shí)需要被保護(hù)，滿足綜放工作面切頂卸壓要求，因此確定炮孔長度為16 m。

3) 炮孔間距。根據(jù)理論計(jì)算，結(jié)合其他礦井爆破經(jīng)驗(yàn)，初期取炮孔間距900 mm，措施孔間距450 mm，每3個(gè)裝藥孔為一組，后期根據(jù)爆破效果及時(shí)調(diào)整。

3.3 裝藥參數(shù)

聚能藥包定向預(yù)裂炮孔布置，見圖2。

圖2 聚能藥包定向預(yù)裂炮孔布置

炮孔裝藥長度10 m，封孔長度6 m。單孔裝藥量計(jì)算如下：

Q=ql

式中：q為每米裝藥量，取1.0 kg/m；l為裝藥長度，m。帶入得：

Q=1.0×10=10 kg。

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

采用不耦合連續(xù)裝藥爆破。炮孔長度16 m，裝藥總長度10 m，封孔長度 6 m。將乳化炸藥裝入聚能管內(nèi)，單節(jié)聚能管長度2 m，聚能管間采用專用連接件連接并用螺絲固定，確保聚能管間捆扎牢固，可靠傳爆炸藥。每節(jié)聚能管安裝 1 個(gè)D55 mm鉆孔用定位塊，確保聚能與預(yù)裂方向一致。裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。聚能傳播方向示意見圖4。

圖3 淺孔藥包預(yù)裂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

圖4 聚能藥包定向預(yù)裂炮孔安裝示意

3.5 措施孔優(yōu)化

為防止相鄰炮孔未形成貫通性裂縫而憋壓，造成沖孔，在采取前述優(yōu)化措施的基礎(chǔ)上，將措施孔由每5個(gè)炮孔中間布置1個(gè)空孔，調(diào)整為每3個(gè)炮孔中間布置1個(gè)空孔，增加爆生氣體釋放通道，降低爆壓。目前已打設(shè)炮孔措施孔優(yōu)化見圖5。

圖5 措施孔優(yōu)化(mm)

4 3303工作面L巷沿空留巷設(shè)計(jì)

4.1 巷旁支護(hù)參數(shù)

根據(jù)礦方提供的資料及使用要求，3303工作面通風(fēng)方式為兩進(jìn)一回Y型通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)3303工作面軌道巷沿空留巷寬度4 000 mm，柔模混凝土墻體寬度1 000 mm，墻體強(qiáng)度等級C40，柔模掛設(shè)好之后，錨栓孔內(nèi)不放入對拉錨栓，利用木板提高柔模側(cè)向約束力，提高成型質(zhì)量(見圖6)。

圖6 沿空留巷支護(hù)橫斷面(mm)

4.2 待澆筑空間圍護(hù)設(shè)計(jì)

采空區(qū)圍護(hù)的目的是防止生產(chǎn)期間采空區(qū)矸石涌入留巷內(nèi)，本次設(shè)計(jì)采用木點(diǎn)柱對待澆筑空間進(jìn)行圍護(hù)。

1) 架前鋪網(wǎng)。在機(jī)尾側(cè)4組支架前方鋪設(shè)雙層菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用 8號鐵絲編織而成，鋪網(wǎng)寬度不小于6 000 mm，鋪網(wǎng)長度宜根據(jù)現(xiàn)場圍護(hù)要求最終確定。

金屬網(wǎng)一側(cè)與軌道巷深入頂板金屬網(wǎng)1 000 mm位置處綁扎牢靠，采用16號鐵絲聯(lián)接，壓網(wǎng)方式為搭接距離取金屬網(wǎng)寬度的一半，保證雙網(wǎng)，雙絲雙扣，1 m7扣，隔孔相連，網(wǎng)片對接。另外一側(cè)自然延伸，移架后金屬網(wǎng)落地、兜矸。

2) 打設(shè)木點(diǎn)柱。工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)，在頂網(wǎng)的掩護(hù)下，緊跟支架尾快速支設(shè)一排單體支柱，間距為600 mm。在單體支柱的支撐及掩護(hù)下，間隔在單體支柱之間支設(shè)一排木點(diǎn)柱，木點(diǎn)柱的規(guī)格為D200 mm×3 300 mm圓木，中對中排距為500 mm。檢修班掛設(shè)柔性模板前將單體支柱撤回。在支設(shè)木點(diǎn)柱時(shí)，在柱帽內(nèi)預(yù)埋雙股8號鐵絲，鐵絲長度不小于1.5 m，用以固定柔性模板翼緣。

4.3 臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

1) 超前臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。在超前工作面20 m范圍內(nèi)，沿巷道走向采用“單體液壓支柱+π型鋼梁”一梁四柱進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，從西往東，第一排單體柱距煤柱幫500 mm，第二排單體柱距煤幫1 600 mm，第三排單體柱距煤幫3 000 mm，第四排單體柱4 400 mm，其中，第二排、第三排、第四排單體柱打設(shè)時(shí)向巷內(nèi)迎山3°，第一排單體柱打設(shè)時(shí)向采空區(qū)迎山3°。單體柱間距1 000 mm，臨時(shí)單體支柱初撐力不低于18 MPa。

2) 滯后臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。在滯后工作面100 m 范圍內(nèi)(具體支護(hù)長度根據(jù)回采后礦壓顯現(xiàn)確定)，沿巷道走向采用“單體液壓支柱+π型鋼梁”一梁四柱進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。工作面推進(jìn)過程中，超前打設(shè)的臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)不動，一是減少人工打柱工作量，二是減少單體柱反復(fù)支撐頂板，避免單體柱破壞頂板完整性。臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)平面見圖7。

圖7 沿空留巷臨時(shí)支護(hù)平面

4.4 其他要求

1) 在巷道內(nèi)安裝激光指向儀，通過激光線確定單體打設(shè)位置，確保單體橫成面、豎迎山，保證每棚受力均勻。

2) 單體柱打設(shè)在大板梁上，加密柱打設(shè)在底板上，加密柱打設(shè)前應(yīng)先挖柱窩，柱窩必須落在實(shí)底上，嚴(yán)禁將單體液壓支柱打設(shè)在浮煤浮矸上。所有單體均穿直徑不低于300 mm的大柱鞋，每班安排專人對單體液壓支柱及時(shí)補(bǔ)液。

3) 靠近墻體側(cè)第一根單體柱的柱腳必須緊貼柔模墻底部，形成戧柱，限制柔模墻底部向巷內(nèi)位移。

4) 鋼梁上部與頂板未接觸部位應(yīng)采用木板、木楔、木柱背緊背實(shí)，嚴(yán)禁單體液壓支柱正上方及其前后或左右300 mm范圍內(nèi)鋼梁懸空，確保單體液壓支柱支撐有力、鋼梁不彎曲。

5 結(jié) 語

1) 加快3311工作面推進(jìn)，盡量避免工作面緩慢推進(jìn)。一般來說，留巷施工期間工作面推進(jìn)越慢，留巷頂板運(yùn)動越緩慢，留巷靜態(tài)和采動壓力越小，留巷效果越好。但是留巷復(fù)用期間，工作面回采推進(jìn)度越快，將頂板側(cè)懸臂快速甩入采空區(qū)，減輕周期來壓對軌道巷夾制作用。而且軌道巷圍巖經(jīng)過多次采動作用，一般比較破碎，自穩(wěn)能力差，流變性明顯，加快推進(jìn)，可避免流變作用的時(shí)間累積效應(yīng)，減少變形。

2) 后續(xù)擬留巷道將炮孔布置于頂板與煤幫連接處，減少爆破自由面，并利用該時(shí)段圍巖完整性最好的特性，在掘進(jìn)成巷期間就完成切頂作用，減少沖孔幾率。