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回坡底煤礦10-108工作面過(guò)E8陷落柱技術(shù)研究

2021-10-22 06:17
煤礦現(xiàn)代化 2021年5期
關(guān)鍵詞:炮眼底板頂板

張 紅

(霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司回坡底礦,山西 洪洞 041600)

0 引言

陷落柱是煤系下可溶性巖層經(jīng)地下水強(qiáng)烈溶蝕后,形成一定的溶洞,經(jīng)過(guò)地下各種地質(zhì)因素的作用,引起上覆巖層失穩(wěn)和塌陷,形成筒狀的柱體,是巖溶引起的一種較為特殊的地質(zhì)現(xiàn)象。陷落柱對(duì)地下工程,特別是對(duì)煤礦井巷采掘工程的影響比較大,比如采煤工作面的布置、資源的損失、巷道的延伸,甚至影響煤炭的質(zhì)量,進(jìn)而影響煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。

1 工作面概況

10-108工作面巷道底板最高點(diǎn)位于回風(fēng)順槽“3”測(cè)點(diǎn),底板標(biāo)高+480.222 m,最低點(diǎn)位于膠帶順槽“J35”測(cè)點(diǎn),底板標(biāo)高+368.105 m,最高點(diǎn)和最低點(diǎn)高差為112.117 m。工作面為東一采區(qū),南北均為未采區(qū),東面接+556 m水平軌道大巷,西面為礦界。煤層埋深427~537 m。工作面采用走向長(zhǎng)壁、后退式一次采全高全部垮落式綜合機(jī)械化采煤法。

2 E8陷落柱具體情況

E8陷落柱位于10-108工作面西南角,在工作面回采范圍之內(nèi),最近點(diǎn)距膠帶順槽14 m,距切眼15 m,俯視平面近似橢圓;該陷落柱長(zhǎng)軸為南北方向,軸長(zhǎng)81 m,短軸為東西方向,軸長(zhǎng)61 m;陷落柱內(nèi)不富水,填充物主要為中、粗粒砂巖和泥巖,塊狀,且大小不等,堆積無(wú)序。陷落柱不導(dǎo)水,不富水;柱體內(nèi)巖性主要為泥質(zhì)砂巖、中-細(xì)粒砂巖、泥巖等,塊狀,大小不一,無(wú)序堆積;膠結(jié)性好,硬度中等。

圖1 10-108工作面E8陷落柱探測(cè)邊界示意圖

圖2 10-108工作面E8陷落柱揭露區(qū)域示意圖

3 過(guò)陷落柱前期準(zhǔn)備工作

1)規(guī)程措施編制。根據(jù)地測(cè)部提供的關(guān)于E8陷落柱水文地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況,對(duì)陷落柱揭露時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行了分析,針對(duì)此次過(guò)陷落柱措施編制安全技術(shù)措施。

2)完善壓風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)工作面的壓風(fēng)管路進(jìn)行全面排查,存在漏風(fēng)問(wèn)題及時(shí)采取措施處理,保證工作面使用風(fēng)動(dòng)設(shè)備打眼作業(yè)時(shí)的供風(fēng)風(fēng)壓。增設(shè)兩通以保證多臺(tái)鉆機(jī)的同時(shí)運(yùn)行。

3)完善排水系統(tǒng)。根據(jù)排水設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,及時(shí)完善排水設(shè)備和排水管路。

4)材料配件備用。結(jié)合陷落柱的特點(diǎn)、工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及過(guò)陷落柱工序特點(diǎn),分析確定易損設(shè)備配件(前后溜和轉(zhuǎn)載機(jī)刮板、鏈環(huán)、機(jī)組刀齒、滾筒、搖臂、支架液壓千斤頂?shù)龋?,確定其他需用材料配件和作業(yè)工器具;提前報(bào)計(jì)劃,并積極與相關(guān)部門溝通,陷落柱揭露前備用到現(xiàn)場(chǎng)。

4 頂板、煤墻管理

1)陷落柱邊界注漿。陷落柱兩側(cè)與煤體交接處,煤體酥碎,易片幫;每日對(duì)陷落柱邊界前后10 m范圍的注化學(xué)漿(大成1號(hào))進(jìn)行加固。從現(xiàn)場(chǎng)揭露效果看,注漿效果明顯,化學(xué)漿的擴(kuò)散性和粘結(jié)性使煤體及圍巖得到有效加固,同時(shí)防止破碎區(qū)域繼續(xù)向兩側(cè)擴(kuò)大。

2)改變爆破工藝。對(duì)全巖區(qū)域放震動(dòng)炮時(shí),由于頂、底板部分大塊堅(jiān)硬的巖石未能全部暴露出來(lái),按照既定的炮眼布置和裝藥爆破后巖石未完全碎裂,采高范圍仍有硬巖,頂、底區(qū)域機(jī)組無(wú)法切割,直接影響支架前移和頂溜。針對(duì)該現(xiàn)象及時(shí)改變打眼和裝藥工藝,若頂、板存在未完全暴露的大塊硬巖,則增大炮眼的角度,增加裝藥量(由2卷藥增加為3卷);爆破后效果明顯,采高范圍頂?shù)谉o(wú)遺留硬巖。

3)頂板上網(wǎng)。陷落柱揭露前期,工作面20-40號(hào)架范圍為急坡,頂板破碎,同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整支架形態(tài)不斷對(duì)頂板擾動(dòng),形成惡性循環(huán),導(dǎo)致該區(qū)域頂板管理困難。12月26日4點(diǎn)半,頂板注漿加固完成,開(kāi)始在20-45號(hào)架范圍上單層金屬網(wǎng),有效防止該區(qū)域架間漏矸,便于支架形態(tài)的調(diào)整,同時(shí)提高了推進(jìn)效率。

5 過(guò)陷落柱工藝

5.1 多層次注漿管理頂板

在陷落柱揭露初期,切眼20-50號(hào)架區(qū)段為急陡坡,平均傾角為17°,最大傾角為20°,同時(shí)底板松軟,導(dǎo)致支架形態(tài)管理難度大,控頂效果差。工作面在19-35架出現(xiàn)擠架、咬架,支架傾斜問(wèn)題,需進(jìn)行支架擺架,對(duì)頂板的管控、加固尤為重要。

針對(duì)這一問(wèn)題,利用注漿料不同膨脹系數(shù),采用多層次頂板注漿加固,用淺孔注膨脹系數(shù)較大的注漿料對(duì)頂板裂隙進(jìn)行封閉,用深孔注膨脹系數(shù)較小且黏結(jié)性強(qiáng)的注漿料進(jìn)行加固,有效避免頂板裂隙的漏漿、跑漿,多層次化注漿,突破了過(guò)陷落柱頂板管理瓶頸,解決了頂板注漿漏漿、跑漿難題,降低了注漿成本,有效管控陷落柱影響區(qū)域的頂板,為調(diào)整支架形態(tài)提供有利條件。

原因分析:

1)在陷落柱揭露初期,工作面切眼地質(zhì)條件復(fù)雜,從20-50架為急陡坡,且工作面底板松軟,支架隨陡坡底板傾斜,造成應(yīng)力集中,繼而倒架。

2)在揭露初期,工作面急于推進(jìn),造成現(xiàn)場(chǎng)支架操作不當(dāng),造成擠架、咬架,進(jìn)而導(dǎo)致支架傾斜。

3)工作面支架液管、液壓頂?shù)壤匣瘒?yán)重,串漏液、自落情況嚴(yán)重,造成現(xiàn)場(chǎng)頂板支護(hù)效果差,支架操作困難。

總結(jié):共計(jì)施工鉆孔43個(gè),注新料833桶,注舊料1 402桶。經(jīng)過(guò)頂板注漿,頂板完整性提高,便于工作面擺架、扶架操作。

圖3 10-108工作面E8E陷落柱揭露區(qū)域注漿情況示意圖

5.2 深孔預(yù)裂爆破試用

以往過(guò)陷落柱措施中,由于“陷落柱”巖石硬度高、難切割的情況,必須采用放炮作業(yè)。常規(guī)放炮打設(shè)炮眼數(shù)量多,且需分次爆破存在耗時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題。此次過(guò)陷落柱中采用大孔徑深孔預(yù)裂爆破技術(shù),在工作面陷落柱區(qū)段28-31號(hào)支架范圍內(nèi)施工4個(gè)80 mm大孔徑鉆孔進(jìn)行橫向爆破,促使孔間生成大量貫通裂隙,采煤機(jī)可直接截割通過(guò),實(shí)現(xiàn)快速回采推進(jìn)。

過(guò)陷落柱初期,每個(gè)炮眼裝藥量為400 g,在實(shí)際放炮過(guò)程中發(fā)現(xiàn),效果不理想,特別頂?shù)装迩度朊簤ξ赐耆┞对诓筛叻秶拇髩K硬巖,存在爆破后頂?shù)讌^(qū)域機(jī)組仍無(wú)法截割,直接影響支架前移和頂溜,采高又無(wú)法保證。針對(duì)上述情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整:炮眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 800 mm,眼距0.5 m,采用三花布置,裝藥量原則上每孔400 g,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放炮松動(dòng)效果,若遇巖石為砂巖時(shí),每平米砂巖上打設(shè)的8個(gè)炮眼中有4個(gè)裝藥量可調(diào)整為600 g,全部藥卷正向裝藥;頂?shù)捉谴嬖谇度朊簤Φ拇髩K硬巖,將孔深更改為2.0 m,上排眼上仰角度調(diào)整為20°(設(shè)計(jì)角度18°),下排眼下俯角度調(diào)整為20°(設(shè)計(jì)角度18°)。后期的爆破效果證明,堅(jiān)硬巖石更改每孔600 g炸藥,爆破效果良好,頂?shù)捉遣筛叻秶矌r破碎效果較好,機(jī)組可直接截割通過(guò)。

根據(jù)后期陷落柱通過(guò)情況跟蹤,通過(guò)陷落柱深孔預(yù)裂爆破封孔區(qū)段后,在工作面28-31號(hào)架段未進(jìn)行常規(guī)爆破措施。工作面在此區(qū)段回采推進(jìn)順利,未受到影響。爆破效果情況如下:

圖4 爆破效果情況圖

6 結(jié)論

1)遇地質(zhì)構(gòu)造必須有詳細(xì)的通過(guò)方案,明確遇特俗情況的應(yīng)急處置措施。

2)頂板破碎嚴(yán)重區(qū)域,采用不同性能的注漿料多層次注漿加固管理頂板,效果顯著,可在今后頂板管理中推廣應(yīng)用

3)深孔預(yù)裂試驗(yàn),在后期推進(jìn)中驗(yàn)證效果明顯,可在今后過(guò)陷落柱及斷層等地質(zhì)構(gòu)造中推廣。

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