劉 磊，王世常

(山東能源臨礦集團(tuán)邱集煤礦，山東 德州 251105)

寬煤柱瓦斯尾巷底鼓綜合治理技術(shù)研究

劉 磊，王世常

(山東能源臨礦集團(tuán)邱集煤礦，山東 德州 251105)

針對(duì)3303工作面寬煤柱瓦斯尾巷底鼓嚴(yán)重問(wèn)題，分析了底鼓發(fā)生的影響因素，確定了深孔松動(dòng)爆破、底板加固、底板水控制綜合治理技術(shù)方案。對(duì)深孔松動(dòng)爆破卸壓參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用底梁加單體液壓支柱組成的支護(hù)形式進(jìn)行了底板加固。從巷道表面位移變形觀測(cè)數(shù)據(jù)分析知，底鼓綜合治理方案取得了較好的效果，基本解決了瓦斯尾巷底鼓問(wèn)題。

瓦斯尾巷；巷道底鼓；深孔松動(dòng)爆破；底板加固

0 引言

巷道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力重新分布以及工作面回采過(guò)程中支承壓力的作用導(dǎo)致巷道底鼓變形[1-2]。底鼓變形不僅僅是巷道底板的變形破壞，底鼓變形也會(huì)帶動(dòng)巷道兩幫及頂板的變形，從而導(dǎo)致整個(gè)巷道變形破壞[3-4]。而且隨著開(kāi)采深度的增加，巷道的底鼓問(wèn)題會(huì)更加突出[5]，有關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，巷道圍巖破壞大部分是由底鼓破壞造成的[6]。3303工作面瓦斯尾巷既是上一個(gè)面回采時(shí)回風(fēng)巷，又是下一個(gè)工作面的材料巷，要使用兩次服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)。隨著回采工作的向前推移，瓦斯尾巷底鼓非常嚴(yán)重，底鼓量最大可達(dá)1.2 m，嚴(yán)重影響下一工作面的正常使用。為了保證工作面正常生產(chǎn)，針對(duì)3303工作面寬煤柱瓦斯尾巷采取了深孔松動(dòng)爆破、底板加固、底板水控制等綜合治理技術(shù)，基本解決了瓦斯尾巷的底鼓問(wèn)題。

1 工程概況

3303工作面運(yùn)輸平巷、材料平巷、瓦斯尾巷均布置在3#煤層中，方位301°，其中切眼與兩巷(材、運(yùn))垂直布置，瓦斯尾巷與運(yùn)輸平巷間留設(shè)30 m寬保護(hù)煤柱，如圖1所示。該礦屬于高瓦斯礦井，3303工作面實(shí)行兩進(jìn)一回系統(tǒng)，瓦斯尾巷既作上一個(gè)面回采時(shí)回風(fēng)用，又作下一個(gè)工作面的材料巷使用，兩次使用，服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)。隨著回采工作的向前推移，瓦斯尾巷底鼓非常嚴(yán)重，底鼓量最大可達(dá)1.2 m，嚴(yán)重影響下一工作面的正常使用。在下一工作面使用前需要重新拉底和維護(hù)，造成了人力、物力、財(cái)力的大量浪費(fèi)，嚴(yán)重影響采掘正常銜接，為此需分析巷道底鼓機(jī)理及底鼓量構(gòu)成，以制定有針對(duì)性的治理措施。

圖1 3303工作面巷道布置示意圖

2 瓦斯尾巷底鼓控制技術(shù)方案

2.1 寬煤柱松動(dòng)爆破泄壓數(shù)值模擬

卸壓法控制底鼓可以選擇對(duì)30 m寬保護(hù)煤柱松動(dòng)爆破卸壓，設(shè)計(jì)四種方案，分別研究采動(dòng)對(duì)瓦斯尾巷應(yīng)力、變形的影響。方案一不采取松動(dòng)爆破卸壓；方案二在煤柱中間10 m寬的的范圍進(jìn)行松動(dòng)爆破卸壓；方案三在煤柱中間8 m寬的范圍進(jìn)行松動(dòng)爆破卸壓；方案四在煤柱中間4 m寬的范圍進(jìn)行松動(dòng)爆破卸壓。

通過(guò)分析對(duì)比，方案2的底鼓量最小，為20 cm，遠(yuǎn)小于不采取措施時(shí)的底鼓量。通過(guò)煤柱中間松動(dòng)爆破，可以減小巷道兩側(cè)煤幫內(nèi)的垂直應(yīng)力，由18.56 Mpa減小到15.73 Mpa。分析四種控制底鼓方案的模擬結(jié)果可知，方案2相對(duì)其他三種，巷道兩側(cè)煤柱垂直應(yīng)力、頂?shù)装逅綉?yīng)力有所減少，底鼓量也大大減小，控制底鼓的效果最為明顯。

2.2 寬煤柱松動(dòng)爆破泄壓方案

2.2.1 鉆孔位置及深度選擇

采用數(shù)值模擬手段確定在30 m寬煤柱中間10 m范圍內(nèi)進(jìn)行松動(dòng)爆破泄壓，巷道兩側(cè)煤柱垂直應(yīng)力和頂?shù)装逅綉?yīng)力都都有所減少，底鼓量也大大減小，控制底鼓的效果最為明顯。在煤柱中間10 m寬的的范圍進(jìn)行松動(dòng)爆破卸壓，必須在30 m寬的保護(hù)煤柱中打20 m的鉆孔，才能進(jìn)行裝藥松動(dòng)爆破?？紤]瓦斯尾巷的安全性，從運(yùn)輸平巷一側(cè)進(jìn)行鉆孔，如圖3所示。

2.2.2 孔徑選擇

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中，在鉆孔機(jī)械確定后，根據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)具和爆破經(jīng)驗(yàn)，爆破孔孔徑取φ=42 mm。

2.2.3 爆破孔孔間距選擇

按爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用計(jì)算，認(rèn)為煤巖的破壞主要是由于爆炸產(chǎn)生的高溫高壓爆轟氣體向外膨脹的壓力造成的，裂隙區(qū)半徑為：

當(dāng)采用乳化炸藥時(shí)，爆速D=4400 m/s密度ρ=1.15 g/cm3，藥卷直徑dc=38 mm，炮孔直徑db=42 mm。煤層的物理力學(xué)參數(shù)如下：煤的抗拉強(qiáng)度σt=1.26 Mpa，泊松比γ=0.25。代入上式計(jì)算得裂隙區(qū)半徑為3.2 m，即爆破孔孔間距為3.2 m。

圖2 不同方案的垂直變形比較

圖3 鉆孔布置圖

2.2.4 炸藥類(lèi)型選擇

根據(jù)爆破安全規(guī)程的新規(guī)定，松動(dòng)爆破需要采用乳化炸藥。乳化炸藥的猛度、爆速和感度均較高，可以用一只8號(hào)雷管起爆，密度在較寬范圍內(nèi)(1.05 g/m3～1.30 g/m3)可調(diào)，具有良好的抗水性能，加工使用安全，適合于爆破現(xiàn)場(chǎng)直接混制，實(shí)現(xiàn)裝藥機(jī)械化，可在各種條件下爆破，因此選擇乳化炸藥。

2.2.5 裝藥結(jié)構(gòu)、參數(shù)及起爆方式

根據(jù)爆破卸壓方案要求，要求從煤柱中間松動(dòng)爆破10 m，裝藥長(zhǎng)度為9.5 m～10 m，裝藥后應(yīng)裝入不小于0.4 m的水炮泥，裝藥直徑38 mm、爆破直徑42 mm。裝藥密度一般在1.05 g/m3～1.30 g/m3，起爆雷管為雙雷管，藥筒頭部一個(gè)，中間一個(gè)，封孔長(zhǎng)度5 m，采用瞬發(fā)電雷管起爆。每個(gè)孔需要50個(gè)藥卷，即每孔的裝藥長(zhǎng)度為9.45 m，裝藥量為10 kg。起爆方式為正向裝藥起爆。

2.3 瓦斯尾巷底板加固方案

對(duì)于加固法，根據(jù)前期控制底鼓經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)加固法的分析，考慮煤礦現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)設(shè)備條件，可以采用底梁加單體液壓支柱組成的支護(hù)形式，此種支護(hù)形式類(lèi)似于封閉支架。

2.3.1 單體支柱布置方式

根據(jù)支柱支護(hù)密度的計(jì)算，考慮巷道發(fā)生底鼓最先發(fā)生在巷道中部，確定在巷道中部布置HDJA-1200型底梁一根，在其兩端分別布置單體液壓支柱一根，液壓支柱間距為1 m，底梁排距為1m。如圖4所示：

圖4 單體液壓支柱布置圖

2.3.2 單體液壓支柱選型

瓦斯尾巷巷道斷面為矩形，寬4 m、高3 m。

支柱規(guī)格按下式選擇：

Hmax≥Mmax-H-a

式中Hmax—支柱最大高度；

Mmax—最大采高(此處即巷道高度)3 m；

H—底梁高度，選擇HDJA-1200型，高度為95.5 mm；

a—支柱達(dá)到初撐力時(shí)液體壓縮量，一般a=10 mm。

經(jīng)計(jì)算得到支柱的最大高度Hmax≥2894.5 mm

確定選擇DY31型單體液壓支柱，底梁選擇HDJA-1000型。

2.3.3 支護(hù)密度計(jì)算

由于瓦斯尾巷一側(cè)煤柱進(jìn)行了松動(dòng)爆破，其

礦山壓力發(fā)生轉(zhuǎn)移和釋放，根據(jù)對(duì)瓦斯尾巷礦山壓力觀測(cè)得到其平均礦壓大小為149 kN/m2。

故單體支柱合理的支護(hù)密度：

n=pt/Rt

式中n—支護(hù)密度，根/m2；

Rt—支柱額定工作阻力，300 kN/根；

(pt)—平均礦壓大小，149 kN/m2

計(jì)算得到n=0.5根/m2。

3 瓦斯尾巷底鼓治理效果

3303工作面瓦斯尾巷采用松動(dòng)爆破卸壓、底板加固綜合治理技術(shù)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了2個(gè)觀測(cè)站對(duì)巷道表面位移量進(jìn)行觀測(cè)。巷道頂?shù)装逡平咳鐖D5所示。頂?shù)装謇塾?jì)移近量最大12 cm以?xún)?nèi)。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果可知：瓦斯尾巷底鼓采取的綜合治理方案，起到了很好的效果，基本解決了瓦斯尾巷的底鼓問(wèn)題。

圖5 1站、2站頂?shù)装逡平?/p>

4 結(jié)論

針對(duì)3303工作面寬煤柱瓦斯尾巷底鼓嚴(yán)重問(wèn)題，分析了底鼓發(fā)生的影響因素，確定了深孔松動(dòng)爆破、底板加固綜合治理技術(shù)方案。對(duì)深孔松動(dòng)爆破卸壓參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于加固法，根據(jù)前期控制底鼓經(jīng)驗(yàn)，考慮煤礦現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)設(shè)備條件，采用底梁加單體液壓支柱組成的支護(hù)形式。從巷道變形觀測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，針對(duì)瓦斯尾巷底鼓采取的松動(dòng)爆破和巷道加固的綜合治理方案，起到了較好的效果，基本解決了瓦斯尾巷的底鼓問(wèn)題。

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Comprehensive Control Technology research on floor heave in gas tail gateway which has wide coal pillar

LIU Lei, WANG Shi-chang

(QiujiCoalMine,ShandongEnergyLinyiMiningGroupCo.Ltd. ,Dezhou, 251105,China)

For the serious problem of floor heave in the gas tail gateway which has wide coal pillar in the 3303 face of Hexi coal mine, this paper carefully analysed the effects of floor heave, defined the comprehensive control technology of deep hole loose blasting，floor reinforcement，floor water control.It designed the relieving parameters of deep hole loose blasting, reinforced the floor using bottom beams and single hydraulic prop supporting forms . With the analysis of the observation data of the road way surface displacement deformation，the comprehensive treatment plan has achieved good results and basically solved the problem of floor heave in gas tail gateway.

gas tail gateway; floor heave in gateway; deep hole loose blasting; floor reinforcement

2015-12-21

劉磊(1981-)，男，山東聊城人，大學(xué)畢業(yè)，山東能源臨礦集團(tuán)有限公司邱集煤礦通防科副科長(zhǎng)(通防工區(qū)副區(qū)長(zhǎng))，研究方向?yàn)槊旱V生產(chǎn)技術(shù)管理工作。E-mail:641834827@qq.com

TD712

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1672-7169(2016)01-0024-04