摘 要:針對(duì)綜采工作面回采端頭造成三角區(qū)懸頂?shù)膯?wèn)題,6102綜采工作面特采取深孔松動(dòng)預(yù)裂爆破方案和定向水力壓裂放頂技術(shù),通過(guò)綜合比較,定向水力壓裂放頂具有安全性高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),其能削弱頂板的強(qiáng)度和整體性,現(xiàn)場(chǎng)采用定向水力壓裂后實(shí)測(cè),巷道頂板在40min以內(nèi)其有效壓裂范圍能夠達(dá)到10m以上,應(yīng)用效果較好。
關(guān)鍵詞:三角區(qū);定向水力壓裂;懸頂
為了更好地抓好綜采工作面兩順槽頂板安全管理,確保兩順槽采空區(qū)頂板隨工作面推進(jìn)及時(shí)垮落,減少懸頂面積,防止頂板及次生事故發(fā)生,6102綜采工作面在回采過(guò)程中端頭三角區(qū)容易產(chǎn)生懸頂,針對(duì)6102綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷條件以及以往綜采工作面兩順槽采空區(qū)頂板管理措施及經(jīng)驗(yàn),必須采取專項(xiàng)措施,避免懸頂面積進(jìn)一步擴(kuò)大。
1 工程概況
6102工作面為一單斜構(gòu)造,傾向西南,開采6#煤層,賦存穩(wěn)定,傾角平緩,一般厚約5.2m,局部煤層厚度有變化,含0-2層夾矸,夾矸厚度約0.1m,對(duì)煤質(zhì)影響不大。煤層頂板為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖,底板為泥巖、炭質(zhì)泥質(zhì)。煤巖力學(xué)參數(shù)見表1。
運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽為矩形斷面,其規(guī)格為:毛高2.6m,凈高2.5m,毛寬4.5m,凈寬4.3m;頂幫均采用錨桿支護(hù)。切眼規(guī)格為:毛高2.6m,凈高2.5m,毛寬7.0m,凈寬6.8m;巷道支護(hù)采用錨桿支護(hù),錨索補(bǔ)強(qiáng)。切眼東幫為四趟風(fēng)水管路,切眼內(nèi)中部還有一排木點(diǎn)柱加強(qiáng)支護(hù)。切眼內(nèi)中部有一個(gè)2×1.5m的臨時(shí)水倉(cāng)。
2 方案設(shè)計(jì)
2.1 深孔松動(dòng)預(yù)裂爆破方案
在綜采面煤壁以東12m-32m區(qū)段,間隔3m布置一組炮孔,每組炮孔布置5個(gè)單孔,以扇形形式布置,炮孔方位均垂直煤層,按照不同傾角向上布置;每個(gè)炮孔進(jìn)入頂板巖層的厚度為20m,沿頂板傾向方向終孔間距5m,封孔長(zhǎng)度20m,詳見表2炮眼參數(shù)及裝藥量說(shuō)明表。通過(guò)以上方式對(duì)該區(qū)段內(nèi)未垮落的頂煤和頂板進(jìn)行強(qiáng)制預(yù)裂爆破,炮孔的最小抵抗線不小于3m,以此處理綜采面采空區(qū)大面積懸頂現(xiàn)象,剩余懸頂區(qū)段待下分段采面回采前進(jìn)行強(qiáng)制放頂。
頂板深孔預(yù)裂爆破使用的炸藥選用煤礦許用乳化炸藥,炮眼裝藥結(jié)構(gòu)采用不偶合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),即每15節(jié)炸藥段安裝一個(gè)引藥引爆,每個(gè)引藥安裝兩個(gè)雷管,每個(gè)炮眼所有引藥必須利用煤礦許用放炮母線串聯(lián),裝藥及起爆方式為正向起爆方式。炮眼封泥選用較潮濕的黃土和專用封孔水泥,其中孔口以內(nèi)3m區(qū)段采用水泥封堵,其他封孔區(qū)段采用黃土進(jìn)行封堵炮孔。
2.2 定向水力壓裂放頂方案
根據(jù)6102綜采工作面頂板圍巖強(qiáng)度、圍巖性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和地應(yīng)力場(chǎng)特征,結(jié)合在其他煤礦綜采工作面的壓裂經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行的定向水力壓裂進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.2.1 切眼水力壓裂鉆孔布置
6102綜采工作面切眼內(nèi)煤壁側(cè)鉆孔長(zhǎng)度為50m,仰角10°;切眼老塘側(cè)鉆孔長(zhǎng)度為30m,仰角17°,切眼內(nèi)鉆孔共計(jì)18個(gè)。另在機(jī)頭機(jī)尾再補(bǔ)充四個(gè)鉆孔,補(bǔ)充鉆孔從綜采工作面切眼兩端處頂板進(jìn)行補(bǔ)打。工作面機(jī)尾煤壁側(cè)補(bǔ)充鉆孔長(zhǎng)度為50m,仰角10°,切眼老塘側(cè)鉆孔長(zhǎng)度為30m,仰角17°;工作面機(jī)頭煤壁側(cè)補(bǔ)打鉆孔長(zhǎng)度為50m,鉆孔水平投影與巷道夾角為15°,切眼老塘側(cè)鉆孔長(zhǎng)度為30m,仰角17°;鉆孔采用直徑為Φ56mm的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn),鉆孔方向朝綜采工作面切眼前方及后方頂板方向。以上四個(gè)鉆孔的布置方式為皮帶巷為主進(jìn)風(fēng)時(shí)的布置方式,當(dāng)軌道巷為主進(jìn)風(fēng)時(shí),機(jī)頭機(jī)尾兩個(gè)鉆孔布置方式進(jìn)行對(duì)調(diào)。
2.2.2 順槽水力壓裂鉆孔布置
為加強(qiáng)水力壓裂的效果,縮小綜采工作面初次垮落步距、周期垮落步距、工作面機(jī)頭機(jī)尾懸頂面積,特在綜采工作面兩順槽進(jìn)行補(bǔ)充鉆孔,補(bǔ)充鉆孔布置為雙側(cè)布置,鉆孔長(zhǎng)度為27m,孔間距為25m,鉆孔仰角為22°,鉆孔水平投影與巷道夾角為15°,鉆孔采用直徑Φ56mm的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn),鉆孔方向朝綜采工作面采空區(qū)。
2.3 方案比較
在深孔爆破,鉆孔作業(yè)常發(fā)生鉆孔被堵現(xiàn)象。鉆孔被堵導(dǎo)致一些炮孔深度發(fā)生變化,給裝藥帶來(lái)很大的困難,甚至造成炮孔報(bào)廢。若是炮孔被堵部分為孔底,則因裝不夠藥而造成爆后留根;或者由于炮孔被堵深淺不一,造成底盤高低不平;若局部炮孔全堵,將影響整體爆破效果。
定向水力壓裂在頂板巖層壓裂段中預(yù)制切槽,對(duì)切槽段封孔并注入高壓水進(jìn)行壓裂,破壞頂板巖層的完整性,削弱頂板巖層的強(qiáng)度和整體性[1-2]。與爆破放頂技術(shù)相比,定向水力壓裂放頂具有安全性高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此,選擇采用定向水力壓裂技術(shù)[3-4]。
2.4 定向水力壓裂施工要求及安全措施
試驗(yàn)過(guò)程為高壓注水壓裂過(guò)程,為保證安全,作業(yè)地點(diǎn)80m范圍內(nèi)拉警戒,試驗(yàn)期間嚴(yán)禁人員通過(guò),操作人員及設(shè)備應(yīng)距離壓裂點(diǎn)50m以上。
高壓泵運(yùn)行過(guò)程中,操作人員應(yīng)時(shí)刻注意觀察各管路接頭是否正常,有無(wú)異常現(xiàn)象,如有異常應(yīng)及時(shí)停止作業(yè),對(duì)存在的隱患及時(shí)處理,一切正常后方可繼續(xù)施工。
壓裂過(guò)程中,保證一定的注水時(shí)間,確保壓裂、軟化充分,同時(shí)注意觀察壓裂孔周圍頂板,煤壁,若有水滲出,立即停止壓裂。
3 效果監(jiān)測(cè)
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),巷道頂板起裂壓力為23MPa,延伸壓力為19MPa。發(fā)現(xiàn)壓裂孔東側(cè)10m考察孔出口處壓力表讀數(shù)為15.6MPa,上方、西側(cè)考察孔壓力均超過(guò)壓力表量程(10MPa),下方壓力表沒(méi)有讀數(shù),但有水流出??梢耘袛?,頂板在40min以內(nèi)其有效壓裂范圍能夠達(dá)到10m以上,效果較好。
4 結(jié)語(yǔ)
定向水力壓裂技術(shù)有效控制堅(jiān)硬頂板的同時(shí),避免給6102綜采工作面的正?;夭蓭?lái)影響,工作面端頭三角區(qū)懸板面積減少,消除了大面積冒落的惡性事故,注入水或定向水力壓裂水還使得巖塵、煤塵減少,節(jié)約截齒消耗量,對(duì)防止煤層自燃有利。
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作者簡(jiǎn)介:
杜艷春(1970- ),山西省臨縣人,2015年7月畢業(yè)于東北大學(xué)釆礦工程專業(yè)(本科),現(xiàn)為工程師,從事煤礦采煤技術(shù)研究及管理工作。