石 鑫
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司,山西 大同 038000)
煤礦工作面賦存堅(jiān)硬頂板時(shí),工作面回采后頂板不易垮落,尤其在初采時(shí)期,堅(jiān)硬頂板易造成大面積懸頂現(xiàn)象,易誘發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為此,國內(nèi)外專家學(xué)者,提出了高壓注水弱化頂板、爆破強(qiáng)制放頂、爆破預(yù)裂弱化頂板、高阻力支架切頂?shù)萚1-5]技術(shù)手段,避免堅(jiān)硬頂板大面積懸頂。
塔山煤礦2#層8305 工作面開采太原組2#煤層,8305 工作面位于三盤區(qū)東翼東北部,東南鄰近8306 工作面,西南以三盤區(qū)大巷為界,工作面布置2305 巷、5305 巷分別作為進(jìn)、回風(fēng)巷,工作面蓋山厚度在462~518 m。工作面開采的2#煤層結(jié)構(gòu)簡單,厚1.60~4.18 m,平均3.3 m,傾角1°~2°。煤層基本頂為含礫粗砂巖,厚1.00~12.50 m,平均6.30 m,以石英為主,長石次之,硅質(zhì)膠結(jié),巖性完整,致密、堅(jiān)硬、厚層狀;直接頂為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖互層結(jié)構(gòu),厚0.60~14.50 m,平均5.00 m,近均一結(jié)構(gòu),含植物化石,裂隙發(fā)育,呈不規(guī)則狀,有方解石充填;直接底為高嶺質(zhì)巖、煌斑巖,厚4.90~11.80 m,平均7.40 m,灰褐色,致密、塊狀、堅(jiān)硬。地質(zhì)資料顯示,8305 工作面直接頂屬于堅(jiān)硬頂板巖層。為實(shí)現(xiàn)工作面開采后頂板及時(shí)垮落,減少頂板應(yīng)力超前影響,設(shè)計(jì)采用初采密集卸壓孔及爆破預(yù)裂技術(shù)。
(1)2305 巷密置卸壓孔技術(shù)參數(shù)
距采煤側(cè)0.5 m 處沿著巷道垂直頂板施工一排卸壓孔,孔徑Ф30 mm,孔深11.3 m,每兩排鋼帶之間打4 個(gè)孔,中間兩孔間距0.2 m,鋼帶兩側(cè)孔間距0.4 m,施工長度為切眼至采位1292 m(停采線位置)。分別距采位15 m、40 m、60 m 垂直巷道沿著頂板垂直施工卸壓孔,孔徑Ф30 mm,孔深11.3 m。具體布置如圖1、圖2。
圖1 2305 巷施工卸壓孔斷面圖
圖2 2305 巷施工卸壓孔平面圖
(2)5305 巷爆破預(yù)裂技術(shù)參數(shù)
5305 巷為沿空留巷,采取定向聚能爆破控制采空區(qū)懸板。超前工作面30 m 外,采用DCA-45 型鉆機(jī),沿5305 巷距工作面煤幫0.2 m 處,施工仰角75°、孔徑Φ65 mm、孔深11 m 的鉆孔,鉆孔間距為0.5 m,鉆孔水平投影垂直巷幫;采用專用聚能管輔助裝藥,單孔裝藥量7.2 kg,裝藥長度3.0 m,采用水泥藥卷進(jìn)行封孔,封孔長度7.5 m,待封孔水泥充分膨脹凝固(20 min),連線孔內(nèi)注水管和孔外水源管線,連接導(dǎo)爆索和雷管(并聯(lián)兩發(fā)雷管),再塞回孔內(nèi)封堵。具體布置如圖3、圖4。
圖3 8305 巷施工爆破切縫孔斷面
圖4 8305 巷施工爆破切縫孔斷面圖
(3)8305 工作面切眼密置卸壓孔和爆破預(yù)裂技術(shù)參數(shù)
在距工作面切巷古塘幫0.5 m 處沿著巷道頂板垂直向上施工一排卸壓孔及爆破孔。卸壓孔參數(shù):孔徑Ф30 mm,孔深11.3 m,孔距0.3 m,每兩排鋼帶之間打4 個(gè)孔,中間兩孔間距為0.2 m,鋼帶兩側(cè)孔間距為0.4 m,施工長度為299.5 m;爆破孔參數(shù):孔徑Ф65 mm,孔深11.3 m,孔距6 m,具體爆破參數(shù)參照5305 巷定向爆破預(yù)裂技術(shù)參數(shù)。具體布置如圖5、圖6。
圖5 8305 切巷施工卸壓孔斷面圖
圖6 8305 切巷施工卸壓孔及爆破孔平面圖
8305 工作面回采巷道采用初采密置卸壓孔及爆破預(yù)裂技術(shù),切斷回采初期堅(jiān)硬頂板的應(yīng)力傳遞。礦山壓力監(jiān)測結(jié)果顯示,8305 工作面初次來壓步距在17.35~20.58 m 范圍,平均18.72 m,初次來壓強(qiáng)度在23.67~31.74 MPa 范圍,平均28.08 MPa,動載系數(shù)1.31;8305 工作面周期來壓步距在13.90~17.43 m 范圍,平均15.39 m,周期來壓強(qiáng)度在20.00~26.65 MPa 范圍,平均23.41 MPa,平均動載系數(shù)1.12。工作面礦壓監(jiān)測結(jié)果見表1。
表1 工作面礦壓監(jiān)測結(jié)果
根據(jù)塔山煤礦2#層類似條件工作面礦壓監(jiān)測結(jié)果,類似條件工作面初次來壓步距和強(qiáng)度分別為30.22 m、35.69 MPa。采用初采密置卸壓孔及爆破預(yù)裂技術(shù)后,初次來壓步距和強(qiáng)度均有降低,分別減小了38.05%、21.32%。該技術(shù)有效縮短了初次來壓步距,降低了來壓強(qiáng)度,避免因8305 工作面回采初期出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象,保證了工作面的正?;夭?。技術(shù)應(yīng)用前后礦壓結(jié)果對比圖如圖7。
圖7 技術(shù)應(yīng)用前后礦壓結(jié)果對比圖
堅(jiān)硬頂板造成的大面積懸頂現(xiàn)象易誘發(fā)嚴(yán)重安全事故,為此,提出采用初采密置卸壓孔及爆破預(yù)裂技術(shù),實(shí)現(xiàn)工作面開采后頂板及時(shí)垮落,切斷堅(jiān)硬頂板應(yīng)力傳遞,分別設(shè)計(jì)了2305 巷密置卸壓孔技術(shù)參數(shù)、5305 巷定向爆破預(yù)裂技術(shù)參數(shù)以及8305工作面切眼密置卸壓孔和爆破預(yù)裂技術(shù)參數(shù)。技術(shù)應(yīng)用后,初次來壓步距和強(qiáng)度分別減小了38.05%、21.32%,表明了初采密置卸壓孔及爆破預(yù)裂技術(shù)的優(yōu)越性和合理性。