綜放工作面煤墻堅(jiān)硬不均勻夾矸處理研究

孟剛++高銅++賈圓

摘要： 堅(jiān)硬且不均勻的夾矸一直是綜放工作面正常開(kāi)采所面臨的一個(gè)疑難問(wèn)題，針對(duì)陳家山煤礦425綜放工作面末期煤墻夾矸分布的特征，提出了機(jī)割與松動(dòng)爆破相結(jié)合的處理方案，該方法最大機(jī)割?yuàn)A矸厚度為300mm，松動(dòng)爆破嚴(yán)格控制打眼方向、層位及裝藥量，堅(jiān)硬不均勻夾矸處理技術(shù)，減少了采煤機(jī)切割阻力，進(jìn)一步提高礦井生產(chǎn)效益，節(jié)約了礦井生產(chǎn)成本。

Abstract： Hard and uneven gravel is always a difficult problem in normal mining of fully-mechanized top-coal caving face. Aiming at the characteristics of coal gangue distribution at the end of 425 fully-mechanized top-coal caving face in Chenjiashan coal mine， the mechanical cutting and loose blasting combined treatment program is proposed. The maximum machine-cut gangue thickness is 300mm. The drill direction， layer and charge amount are strictly controlled in loose blasting. The hard uneven gravel treatment technology has reduced the cutting resistance of shearer to further improve mine production efficiency， and save the mine production costs.

關(guān)鍵詞： 煤墻夾矸；綜放工作面；打眼放炮；松動(dòng)爆破

Key words： coal wall gangue；fully mechanized top-coal caving face；shot blasting；loose blasting

中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）08-0153-03

0 引言

煤層中的夾矸對(duì)綜放工作面開(kāi)采帶來(lái)許多不利因素，尤其是在機(jī)械化采煤條件下，往往采煤機(jī)不能正常進(jìn)刀割煤，影響工作面的推采進(jìn)度，導(dǎo)致工作面圍巖應(yīng)力的變化，對(duì)采煤機(jī)等機(jī)械設(shè)備、頂板、煤墻管理等不利，本文以銅川礦業(yè)有限公司陳家山煤礦425綜放工作面為例進(jìn)行分析，提出了綜放工作面煤墻堅(jiān)硬不均勻夾矸的處理方法。

1 工作面概況

425工作面位于主系統(tǒng)東翼東側(cè)，上側(cè)為423采空區(qū)，下側(cè)為427掘進(jìn)系統(tǒng)，東與下石節(jié)煤礦相鄰，留有保安煤柱20m。工作面形成走向長(zhǎng)度1828m，傾斜寬度165m。地表為山岳地形，溝深林密，對(duì)應(yīng)位置為太白山向東北方向經(jīng)春林河至崖頭，海拔高度1490-1316m，地形復(fù)雜，相對(duì)高差較大，季節(jié)性春林河自北向南流經(jīng)該工作面。地表出露地層以第四系（Q4）黃土及松散沉積物為主，次為白堊系（K1）砂礫巖和砂巖沉積。

該工作面開(kāi)采煤層為4-2煤層，煤層底板起伏較大，底板標(biāo)高為1002-896m，埋藏深度為396-561m，埋藏最深處位于425回順正頭，最淺處位于1204鉆孔處。地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，總體呈單斜構(gòu)造，傾向北西，中里段以新民村向斜構(gòu)造為主，軸向N15°E，兩翼傾角平緩，一般在5°以下。

煤巖層傾角揭露如下：運(yùn)順側(cè)煤巖層傾角為0°30′-6°，平均3°30′，回順側(cè)煤巖層傾角為0°-6°，平均3°，兩順高差0-10.6m，其中停采線至329m段運(yùn)順高，高差為0-9.0m，329-978m段回順高，高差0-10.6m，978-1397m段運(yùn)順高，高差0-5.2m，1397m至切眼位置回順高，高差0-8.1m。4-2煤層厚度3.2-16.9m，平均10.5m（不含夾矸），厚度變化較大，但規(guī)律明顯，煤層趨勢(shì)總體由薄變厚。該工作面內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸1-4層，夾矸巖性多為炭質(zhì)泥巖、泥巖和粉砂巖，單層厚0.1-0.9m，平均0.5m。煤層節(jié)理和裂隙發(fā)育，性脆易碎，普氏硬度指數(shù)2.5-3，單向抗壓強(qiáng)度7.8-20.6mPa。

2 夾矸分布特點(diǎn)及影響

陳家山煤礦425工作面煤層中粉砂巖夾矸在工作面煤墻中揭露分布情況如圖1（10-12月寫(xiě)實(shí)剖面圖）所示，其分布特點(diǎn)及其影響如下：

①夾矸沿工作面全長(zhǎng)賦存，在煤層中分布不均勻，層位起伏較大，使采煤機(jī)的割煤速度受到很大影響，降低了生產(chǎn)效率。

②夾矸強(qiáng)度較高，其厚度0.3-0.9m，加劇了工作面設(shè)備及其采煤機(jī)零部件的損耗與破壞（例如該層夾矸2016年10月暴露在煤墻時(shí)，當(dāng)月采煤機(jī)截齒損壞1000個(gè)左右）。

3 夾矸處理

3.1 處理原則及注意事項(xiàng)

①應(yīng)確定合理的機(jī)割?yuàn)A矸厚度，如此才能避免采煤機(jī)過(guò)度低效磨損；

②為便于設(shè)備保護(hù)和巖石的機(jī)運(yùn)手選等，應(yīng)選用有效措施控制破巖塊度；

③設(shè)置合理的夾矸處理工序和勞動(dòng)組織，節(jié)約處理時(shí)間，提高工作面機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；

④每天八點(diǎn)班根據(jù)零點(diǎn)班匯報(bào)夾矸情況，沿煤層厚夾矸中間位置垂直于煤墻打一排炮眼，進(jìn)行裝藥爆破；

⑤打眼設(shè)備采用YT-24氣退式鑿巖機(jī)打眼，眼距1.5米，深2.0m；

⑥封孔：每眼封泥長(zhǎng)度不小于1.0m，封泥必須將炮眼全部封嚴(yán)封實(shí)，并使用好水泡泥；

⑦爆破方式：采用正向爆破，分組起爆，二級(jí)串聯(lián)為一組。

根據(jù)上述原則及注意事項(xiàng)并結(jié)合井下煤墻實(shí)際夾矸分布情況，采用機(jī)割與松動(dòng)爆破相結(jié)合的綜合夾矸處理方法進(jìn)行處理。

3.2 最大機(jī)割?yuàn)A矸厚度

采煤機(jī)在全厚截割條件下，夾矸厚度較小時(shí)，多為縱向裂隙切割，所截落矸石塊均保持原夾矸層厚度；當(dāng)夾矸層厚度超過(guò)500mm時(shí)，采煤機(jī)截割速度急劇降低，截齒損耗會(huì)成倍增加，對(duì)安全生產(chǎn)也帶來(lái)了許多不利因素；當(dāng)矸石塊體厚度超過(guò)300mm時(shí)，會(huì)堵塞采煤機(jī)機(jī)道空間，使采煤機(jī)行走困難，增加停機(jī)處理時(shí)間，因此，確定最大機(jī)割?yuàn)A矸厚度為300mm。

3.3 爆破方法

為了確保最終的爆破效果，在實(shí)際的爆破過(guò)程中，要求工作面夾矸松動(dòng)爆破能夠滿足以下要求：

①夾矸破裂塊度尺寸小于300mm，且無(wú)巖塊拋擲等現(xiàn)象；

②上下相鄰煤體無(wú)震動(dòng)破壞或只產(chǎn)生松動(dòng)破壞即片幫坍塌，也進(jìn)一步要求落實(shí)好防片幫措施；

③即使出現(xiàn)松動(dòng)爆破，也不會(huì)造成其他不確定安全事故的發(fā)生。

基于此，設(shè)計(jì)松動(dòng)爆破技術(shù)進(jìn)行工作面夾矸爆破，其技術(shù)要點(diǎn)如下：

①425工作面煤墻夾矸松動(dòng)爆破，必須正確設(shè)定炮眼結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)（如起爆長(zhǎng)度、炮眼布置、炮眼間距、深度、水平夾角及豎直仰俯角、每孔合理裝藥量等），嚴(yán)格控制炸藥爆炸能量，使眼孔所產(chǎn)生的爆炸能量稍大于爆落夾矸層所需的最低能量，使之產(chǎn)生適度的爆生裂隙，并沿新的破裂面進(jìn)行垮落，進(jìn)而達(dá)到很好的爆破效果；

②炮眼裝藥要適當(dāng)，在滿足爆破效果要求的基礎(chǔ)上盡量少用藥量，充分利用應(yīng)力波的疊加作用，使最小抵抗線等于松動(dòng)圈半徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)松動(dòng)爆破。

③采用正向裝藥，在爆破過(guò)程中，煤巖體的破裂是應(yīng)力波和氣體靜壓綜合作用的結(jié)果，正向裝藥爆破時(shí)，在同一爆破半徑上，藥卷徑向的應(yīng)力波輻射最強(qiáng)。

4 425綜放工作面煤墻松動(dòng)爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

2016.10-2016.12，進(jìn)行了425綜放工作面末期煤墻夾矸層處理的現(xiàn)場(chǎng)松動(dòng)爆破實(shí)驗(yàn)（該方法每天只在八點(diǎn)班大班進(jìn)行，其余生產(chǎn)班正常生產(chǎn)），夾矸層最大機(jī)割厚度為300mm，進(jìn)而驗(yàn)證了夾矸層處理方案的實(shí)際效果。

4.1 裝藥方式及裝藥量

該工作面裝藥方式采用正向間隔裝藥，其炮眼布置如圖2所示。

裝藥量：夾矸厚度400-600mm，裝藥3-4節(jié)；夾矸厚度700mm以上時(shí)，裝藥4-5節(jié)（炸藥規(guī)格：煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，規(guī)格長(zhǎng)0.2m，重0.2kg）。

4.2 處理拒爆應(yīng)遵守的相關(guān)規(guī)定

①若拒爆是由于連線不良導(dǎo)致的，可重新連線進(jìn)行起爆；

②任何情況下，嚴(yán)禁將炮眼殘底繼續(xù)加深或利用打眼的方法往外掏藥，嚴(yán)禁用鎬刨或在炮眼中取出原起爆藥卷，或從起爆藥卷中拉出電雷管；

③在距離拒爆炮眼0.3米以外另打與拒爆炮眼平行的新炮眼，重新裝藥進(jìn)行起爆；

④只有完成拒爆工作后，才能在該地點(diǎn)進(jìn)行下一步驟的操作；

⑤拒爆處理工作必須當(dāng)班處理完畢，嚴(yán)禁交接至下一班。

為避免采煤機(jī)截割瞎炮，殘炮發(fā)生，采用分段爆破的放炮方式，炮眼封泥長(zhǎng)度嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

松動(dòng)爆破后夾矸層由眼孔處開(kāi)始產(chǎn)生裂隙，且保留了孔口形狀，對(duì)支架無(wú)任何影響。425工作面運(yùn)回順槽爆破后，由于爆破震動(dòng)及支撐壓力的雙重作用，增加了煤和夾矸垮塌程度，在工作面刮板輸送機(jī)道上散落有很少一部分煤巖碎塊。所以井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與爆破效果實(shí)現(xiàn)了夾矸處理的目的，完全可以解決425綜放工作面末期煤墻夾矸處理的難題。

5 安全警戒

松動(dòng)爆破前，跟班干部向調(diào)度室匯報(bào)準(zhǔn)備爆破，待調(diào)度室同意后，方可進(jìn)行爆破作業(yè)，并由當(dāng)班班長(zhǎng)親自布置專職警戒人員在進(jìn)行爆破地點(diǎn)的所有道路上進(jìn)行警戒，直巷警戒距離不得少于100m，拐彎巷道警戒距離不得少于70m，所有作業(yè)人員撤離到工作面運(yùn)順或回順，爆破工必須最后離開(kāi)爆破地點(diǎn)，并在安全地點(diǎn)起爆，班長(zhǎng)確認(rèn)所有人員撤離到安全地點(diǎn)后，要求發(fā)出爆破信號(hào)至少5s后，方可進(jìn)行爆破，一個(gè)工作面嚴(yán)禁使用兩臺(tái)炮器同時(shí)放炮。

要求爆破時(shí)只能在警戒線以外、支護(hù)完好的安全地點(diǎn)存放裝藥箱，同時(shí)，爆破結(jié)束后，跟班干部向調(diào)度室匯報(bào)，待調(diào)度室同意后，方可撤離警戒線。圖3是425綜放工作面煤墻夾矸松動(dòng)爆破警戒示意圖。

6 相關(guān)安全技術(shù)要求

①加強(qiáng)工作面“一通三防”管理，通風(fēng)部門重點(diǎn)加強(qiáng)工作面瓦斯檢查管理，瓦檢員應(yīng)對(duì)工作面風(fēng)流、底板、電纜槽下、架間、架前、后部溜子、放煤點(diǎn)等地點(diǎn)的瓦斯情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查，若工作面某一地點(diǎn)存在瓦斯積聚或超限，嚴(yán)禁打眼放炮。

②作業(yè)前將前后部刮板輸送機(jī)開(kāi)空。

③425高抽巷前后5架，嚴(yán)禁打眼放炮。

④響炮前，必須用廢舊皮帶等物將放炮地點(diǎn)周圍的電纜、支架以及立柱、礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備、各種高壓管路、閥片、前梁、護(hù)幫板千斤頂、采煤機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，向完炮后，將其及時(shí)拆除，端面距超過(guò)0.6m時(shí)要及時(shí)前移支架護(hù)頂。

⑤爆破前后對(duì)爆破地點(diǎn)周圍20m范圍進(jìn)行灑水降塵。

⑥爆破前，支架應(yīng)升緊升實(shí)，達(dá)到初撐力，確保支架工況良好，并打出護(hù)幫板。

⑦施工過(guò)程中確保泵站壓力不低于30MPa，不得任意停泵。

⑧進(jìn)入煤墻側(cè)作業(yè)之前，必須先進(jìn)行“敲幫問(wèn)頂”，處理煤墻活體，頂板活體，及時(shí)打出支架護(hù)幫板，確認(rèn)作業(yè)區(qū)域安全后，方可進(jìn)行作業(yè)。

⑨裝藥前和爆破前有下列情況之一的，嚴(yán)禁爆破：

1）工作面風(fēng)量不足；

2）炮眼異常，比如存在煤巖松散情況、有瓦斯涌出、溫度忽高忽低等；

3）在爆破地點(diǎn)20m以內(nèi)，未清除的煤（矸）或者其他物體堵塞工作面斷面1/3以上；

4）爆破地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或者超過(guò)0.8%；

5）空頂距離不符合作業(yè)規(guī)程，有支架損壞、傘檐超過(guò)規(guī)定。

⑩爆破作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”及“三人連鎖”爆破制度。

{11}裝藥的炮眼必須當(dāng)班爆破完畢，嚴(yán)禁交接至下一班。

{12}生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，加強(qiáng)工作面頂板管理及防片幫措施的落實(shí)。

{13}其它未盡事項(xiàng)嚴(yán)格執(zhí)行“民爆物品流程管理制度”和煤礦《三大規(guī)程》及礦相關(guān)規(guī)定、措施。

7 結(jié)論

①不均勻夾矸的工作面煤墻適宜用機(jī)割、松動(dòng)爆破二者相結(jié)合的方式處理。

②松動(dòng)爆破對(duì)煤層中堅(jiān)硬夾矸起到了超前松動(dòng)作用，減少了煤機(jī)的切割阻力，降低了生產(chǎn)成本。

③松動(dòng)爆破需嚴(yán)格控制眼孔的方向和層位，切實(shí)保證煤墻眼孔的合理裝藥量及其充填質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)兩順巷道的超前支護(hù)，只有這樣才能保證爆破效果和安全生產(chǎn)。

④煤墻夾矸松動(dòng)爆破，加快了工作面末期推采進(jìn)度，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降耗增收明顯提高。

425工作面末期不均勻夾矸處理技術(shù)保證了我礦綜放工作面的安全高效生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為行業(yè)其它同類型問(wèn)題提供了良好的理論和實(shí)踐依據(jù)。

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