綜采工作面厚硬頂板弱化技術(shù)

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摘要：以51303綜采工作面回采為研究對(duì)象，提出采用深孔預(yù)裂爆破方式對(duì)開采的13#煤層基本頂（砂巖、厚度10m）進(jìn)行弱化，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)切頂及運(yùn)輸巷爆破鉆孔布置方案以及施工工藝等進(jìn)行闡述。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面基本頂穩(wěn)定性有所降低，初次來(lái)壓步距及周期來(lái)壓步距分別由53m及18m~24m降低至31m及13m~19m，頂板弱化后采面來(lái)壓期間煤壁、液壓支架等始終保持穩(wěn)定，頂板弱化取得較好成果。

關(guān)鍵詞：煤炭開采堅(jiān)硬頂板弱化技術(shù)礦壓顯現(xiàn)

引言

當(dāng)開采煤層頂板為堅(jiān)硬厚巖層時(shí)，采面回采期間礦壓顯現(xiàn)顯著，容易導(dǎo)致采面異常來(lái)壓或者瓦斯異常涌出等情況，給煤炭安全高效回采帶來(lái)影響[1-2]。現(xiàn)階段礦井對(duì)于厚堅(jiān)硬頂板處理技術(shù)包括有采空區(qū)充填、高強(qiáng)度液壓支架、頂板弱化等[3-5]。采空區(qū)充填是通過(guò)充填物給堅(jiān)硬頂板一定支撐，使其僅彎曲變形而不出現(xiàn)垮落，從而降低礦壓顯現(xiàn)程度；高強(qiáng)度液壓支架是液壓支架給頂板足夠的支撐力，可抵抗頂板垮落時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷影響，確保采面回采安全；頂板弱化是采用水力壓裂、深孔爆破等，避免頂板大面積垮落[6-8]。以51303綜采工作面回采為例，針對(duì)開采的13#煤層堅(jiān)硬厚頂板、礦壓顯現(xiàn)顯著等問(wèn)題，提出用深孔爆破方式對(duì)頂板進(jìn)行弱化，本文對(duì)頂板弱化技術(shù)實(shí)施情況進(jìn)行分析。

151303綜采工作面概況

51303綜采工作面回采的13#煤層厚度3.6m，賦存穩(wěn)定，埋深平均450m，走向、傾向長(zhǎng)度分別為890m、125m。采面整體位于一區(qū)域單斜構(gòu)造背面，煤層傾角均值11°。13#煤層偽頂局部缺失，偽頂厚度0.2m，直接頂厚度2.9m砂質(zhì)泥巖，基本頂為厚度9.9m砂巖，具體煤層頂?shù)装鍘r性見圖1。為掌握煤層頂板參數(shù)，在采面回采巷道內(nèi)布置鉆孔對(duì)頂板進(jìn)行取樣，具體測(cè)定結(jié)果見表1。13#煤層直接頂抗壓強(qiáng)度31MPa、基本頂抗壓強(qiáng)度53MPa，結(jié)合相關(guān)理論研究成果計(jì)算得到采面回采時(shí)初期來(lái)壓步距可達(dá)到53m，若采空區(qū)頂板突然垮落會(huì)導(dǎo)致礦壓顯現(xiàn)劇烈、瓦斯異常涌出等，因此需要采取適當(dāng)措施對(duì)頂板進(jìn)行弱化。

2堅(jiān)硬頂板弱化技術(shù)實(shí)施

2.1鉆孔布置

2.1.1切眼鉆孔布置在采面切眼內(nèi)布置2類深孔預(yù)裂爆破鉆孔，鉆孔分別布置在切眼頂板距離兩幫1m位置。根據(jù)采面切頂煤層賦存以及頂板巖性情況，在切頂頂板位置處基本頂厚度約為11.35m，設(shè)計(jì)的爆破弱化鉆孔孔深均為10m；爆破鉆孔7個(gè)為一組，組內(nèi)鉆孔間距1.6m；組間鉆孔間距為5.0m，鉆孔孔徑50mm。孔布置如下頁(yè)圖2所示。2.1.2運(yùn)輸巷鉆孔布置由于回風(fēng)巷靠近已回采完畢的51301采空區(qū)，靠近采空區(qū)側(cè)頂板已基本垮落，為此爆破鉆孔僅在采面運(yùn)輸巷內(nèi)布置。在運(yùn)輸巷內(nèi)距離煤柱幫1.0m位置向頂板施工爆破鉆孔，孔深12m，鉆孔垂直頂板布置。巷道內(nèi)爆破鉆孔間距均為1.8m、鉆孔孔徑50mm。具體如下頁(yè)圖3所示。

2.2頂板弱化工藝及參數(shù)

2.2.1鉆孔裝藥量鉆孔裝藥量會(huì)直接影響深孔預(yù)裂爆破弱化效果，具體裝藥量可通過(guò)下述經(jīng)驗(yàn)公式（1）確定。式中：M為單個(gè)爆破鉆孔裝藥量，kg；A為裝藥常數(shù)；β1、β2、β3為指數(shù)；α為弱化頂板抗壓強(qiáng)度。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，頂板弱化深度按照10m進(jìn)行計(jì)算，則鉆孔內(nèi)裝藥量應(yīng)控制在2.35kg以上，即單個(gè)鉆孔內(nèi)藥卷裝入量為10卷。

2.2.2裝藥工藝切眼以及運(yùn)輸巷內(nèi)布置的爆破鉆孔封孔長(zhǎng)度為5.4m，裝藥長(zhǎng)度控制在6.6m以上，采用不耦合裝藥方式，單節(jié)裝藥長(zhǎng)度控制在2.2m。裝藥載體為Φ40mm雙縫預(yù)裂管。采用Φ40mmPVC管作為藥卷載體向孔內(nèi)下放藥卷。由于鉆孔內(nèi)下方的藥卷數(shù)量較大，爆破時(shí)產(chǎn)生的能量較高，為此封孔時(shí)需特別注意，應(yīng)確保炮泥封堵緊實(shí)、嚴(yán)密。

3現(xiàn)場(chǎng)頂板弱化效果分析

為考察切頂以及運(yùn)輸巷內(nèi)施工的爆破鉆孔對(duì)堅(jiān)硬頂板弱化效果，頂板弱化前后采用鉆孔窺視儀（型號(hào)YTJ20）對(duì)頂板裂隙擴(kuò)展情況進(jìn)行考察。具體頂板弱化前后情況如圖4、圖5所示。從圖4、圖5中看出，在對(duì)頂板堅(jiān)硬巖層弱化前，鉆孔孔壁光滑、裂隙不發(fā)育，是由于煤層基本頂強(qiáng)度大、膠結(jié)性好等導(dǎo)致；對(duì)煤層頂板弱化后，鉆孔孔壁均出現(xiàn)變形且發(fā)育貫通裂隙，表明頂板弱化效果較好。51303綜采工作面頂板弱化采面初次來(lái)壓、周期來(lái)壓步距分別為31m、13m～19m，來(lái)壓期間采面液壓支架工作阻力為4300kN，采面來(lái)壓顯現(xiàn)不明顯，液壓支架安全閥均未開啟，采面煤壁始終保持穩(wěn)定。51301綜采工作面為51303綜采工作面鄰近采面，兩個(gè)工作面地質(zhì)條件、頂板條件較為相似，51301綜采工作面采面初次來(lái)壓、周期來(lái)壓步距分別為53m、18m～24m，來(lái)壓期間煤壁出現(xiàn)一定程度片幫情況，采面液壓支架工作阻力為6500kN，部分液壓支架出現(xiàn)安全閥開啟情況，同時(shí)采空區(qū)瓦斯涌出有所增加。通過(guò)上述分析得出，對(duì)51303綜采工作面頂板堅(jiān)硬巖層進(jìn)行弱化后，采面初次來(lái)壓及周期來(lái)壓步距等均有所降低，同時(shí)礦壓顯現(xiàn)不明顯，不會(huì)給采面回采帶來(lái)影響。

4結(jié)論

1）51303綜采工作面直接頂為厚度較大且較為堅(jiān)硬的砂巖，若不對(duì)頂板進(jìn)行弱化，則采面來(lái)壓期間容易礦壓顯現(xiàn)明顯，煤壁出現(xiàn)一定片幫情況且采空區(qū)瓦斯涌出有所增加，給采面安全回采帶來(lái)一定制約。2）提出采用深孔爆破方式對(duì)頂板進(jìn)行弱化，具體在切眼以及運(yùn)輸巷內(nèi)頂板施工鉆孔，降低堅(jiān)硬頂板完整性以及強(qiáng)度。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)深孔爆破鉆孔布置方案以及頂板弱化工藝等進(jìn)行分析，并進(jìn)行工程應(yīng)用。3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，煤層上覆堅(jiān)硬頂板裂隙發(fā)育，巖層完整性以及強(qiáng)度等均有所降低；采面初次來(lái)壓及周期來(lái)壓步距均降低至31m、13m～19m，來(lái)壓顯現(xiàn)不明顯，液壓支架以及煤壁等均保持穩(wěn)定，表明現(xiàn)場(chǎng)采用的堅(jiān)硬頂板弱化技術(shù)取得較好成果。

參考文獻(xiàn)

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作者:李金錄 單位:汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)