14 采區運輸石門揭煤設計及頂煤固化技術實踐

蔡 鵬

（北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京 102200）

1 概況

趙家寨煤礦位于河南省鄭州市新密煤田東部區域，生產能力每年300萬t，主要開采山西組二1煤層，平均煤厚5.5 m，為典型“三軟”煤層。2015 年9月礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。目前正在開發的14 采區可采儲量20.3 Mt，服務年限7.9 a，共布置8 個工作面。采區設計為單翼采區，走向長1700 m，傾向寬平均1800 m，布置有運輸、軌道和回風三條上山。上部新建西風井，回風上山通過總回風石門與西風井連接；下部通過-325 西翼軌道、運輸大巷及上倉運輸斜巷與井底車場、主井煤倉相連接，構成采區主要運輸路線和輔助運輸路線。目前14 采區上山已貫通，正在施工14 采區運輸、軌道上山工程。

14 采區運輸上山采用錨網噴/36U 鋼支護，凈斷面16.7 m2，設計工程量1526 m，已施工1262 m。目前迎頭（通1 點前18 m）巷頂距二1 煤層底法距6 m，預計向前25 m 將揭露二1 煤層，煤層傾角-9°，厚度7 m，揭煤段長度60 m，如圖1。

圖1 14 采區運輸上山揭煤巷道與二1 煤層位置示意圖

2 揭煤設計及爆破方案

2.1 揭煤設計

巷道施工至巷頂距煤層法距2 m 時施工導硐，具體方法為：目前迎頭位置向前掘進18 m 后停止施工（即巷頂距煤層法距為2 m 位置，實際掘進距離以現場探測為準），保留距煤層法距2 m 的巖頂繼續向前掘17 m（即以-9°坡度向前掘進17 m）。導硐規格寬×高為3 m×3 m 的方形巷道，采用臨時支護，在導硐迎頭4 m 范圍巷頂進行裝藥揭煤，采用遠距離放炮一次直接揭開煤層，揭開煤層后巷道輪廓線內煤厚不小于巷高的三分之一，如圖2。

圖2 14 采區運輸上山導硐揭煤

2.2 揭煤爆破設計

炮眼布置采用巖眼和穿巖煤眼相間排列方式（圖3），炮眼間距為0.5 m。巖眼終孔于煤層底板以下0.1 m，穿巖煤眼進入煤層0.5 m，煤眼深為2.5 m，巖眼深為1.9 m。經計算實際布置炮眼48 個。炸藥量根據同等巖石條件（砂質泥巖）下掘進爆破經驗，根據爆破參數圖4，煤孔裝藥量為1.2 kg/孔（即6卷），巖孔裝藥量為1 kg/孔（即5 卷），實際總裝藥量為52.8 kg。為確保所有炮孔在整個爆破過程中一次性全部起爆，爆破網絡連線方式采取大串聯連線。爆破雷管采用毫秒延遲電雷管，進行分段起爆，巖孔第一段，煤孔第二段。爆破參數表見表1。

圖3 炮眼布置示意圖（m）

圖4 爆破參數圖

表1 爆破參數表

3 煤體加固方案及措施

14 運輸上山揭煤區域卸煤量為457 t，預計揭煤區域形成大量空洞。為防止揭煤期間發生冒頂事故，揭煤施工前采用向揭煤區域注水泥漿的方法對煤體進行充填和固化。

3.1 注漿孔參數

本次頂板固化措施利用原有的9 個水力沖孔進行注漿，目前孔口已安裝有套管及2 寸球閥變頭，鉆孔參數及位置如圖 5、圖6。

圖5 注漿孔位置示意圖

圖6 注漿孔位置平面示意圖

3.2 注漿方案

注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿注漿，選用2ZBQ-8/10 煤礦用氣動注漿泵。由于頂板上方揭煤區域存在大量空洞，煤體可能破碎，注漿時根據現場情況，合理調整注漿漿液配比。

漿液構成使用PO42.5 MPa 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比0.6:1～0.8:1（根據情況在小范圍內調整）。水泥—水玻璃配比：堵漏使用水泥—水玻璃雙液漿時，水泥漿配比不變。水泥漿和水玻璃的體積比1:0.4～1:0.6。注漿方式：注漿時間采取間隔注漿，防止鉆孔串漿，注漿終止壓力2～4 MPa，封孔位置在孔內深度為2.5 m（根據現場注漿情況確定是否進行噴漿）。水玻璃濃度40°Bé，水泥水玻璃雙漿凝結時間51 s。

3.3 采取措施

（1）注漿前先利用小注漿泵將14 運輸迎頭所有抽放孔注水泥漿封堵嚴密，防止加固期間跑漿漏漿。

（2）西風井項目部負責將西風井注漿管路連通并延接至14 運輸迎頭10 m 范圍內。

（3）注漿隊負責準備直徑為25 mm 的高壓膠管及閥門，并加工三通卸壓閥門。

（4）注漿前準備工作：① 提前對注漿管路進行排查，確保完好，無破碎、損壞；② 進行注漿管路試驗、沖洗，確保管路暢通、牢固、可靠；③ 注漿管路耐壓試驗，試驗壓力≥10 MPa，持續時間≥30 min；④ 測試、檢驗合格再注漿。

（5）注漿過程：① 有專人巡視、檢查注漿管路；② 注漿管路發生故障時，需快速、及時處理；③ 如故障處理時間較長，及時沖洗管路，避免管路擁堵堵塞。

（6）注漿結束并達到注漿標準后，先關閉孔口閥門，再卸下孔口高壓膠管，為下一個鉆孔注漿做好準備工作。鉆孔注漿結束24 h 內，不得打開閥門。注漿結束后，及時沖洗管路，避免漿液沉淀、堵塞管路。

（7）施工到巷頂距煤層法距2 m 位置時，編制揭煤金屬骨架或煤體固化防冒頂措施。

4 實踐效果

2016 年9 月石門揭煤導硐施工完成，由于揭煤施工前向揭煤區域采取了煤體進行充填和固化措施，揭煤時采用小斷面導硐施工遠距離爆破揭露煤層的方法，導硐施工范圍內受采動影響較小，頂板圍巖相對穩定、可靠，快速完成了放炮打眼、裝藥、聯線等遠距離爆破揭煤前的準備工作。爆破前井下所有作業人員全部撤離至地面，切斷井下所有設備供電（除風井、水泵主要設備），然后進行地面遠距離爆破。爆破后瓦斯濃度有所增加，但均在安全控制范圍以內。掘進面爆破現場揭露煤層，未發生頂板大面積冒頂煤矸堵塞巷道事件。頂板爆破范圍內有較小范圍空頂，采取泡沫材料充填空頂區域并進行錨網噴漿加強支護，揭煤達到預期效果。

5 結論

趙家寨煤礦14 采區首次石門揭煤工程實踐，采用的小斷面導硐施工遠距離爆破揭煤方法和煤體充填、固化等措施，有效避免了高瓦斯煤層石門揭煤發生頂煤大面積冒落和瓦斯超限的事故，順利完成了遠距離爆破一次揭露松軟不穩定厚煤層，為同類工程地質條件下的瓦斯治理和巷道揭煤提供了豐富的寶貴經驗。