同忻煤礦開采技術(shù)條件與采掘工藝研究

岳 勃

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

同忻煤礦2207 巷位于二盤區(qū)中部，北部為西8101 工作面，已采空；南部為二盤區(qū)盤區(qū)大巷；西部為實(shí)煤區(qū)；東部為二盤區(qū)8207 頂抽巷、5207 巷；上覆為同家梁礦及永定莊礦侏羅系各可采煤層采空區(qū)。2207 巷道布置在3～5#煤層中，從二盤區(qū)皮帶巷幫起算煤層厚度約22.0 m，至1400 m 處煤厚逐漸變薄為14.0 m 左右，之后至切眼位置煤層厚度逐漸增厚為22.0 m，煤層賦存較穩(wěn)定。由于2207 綜采面所處區(qū)域四周采空區(qū)分布范圍廣，造成在綜采作業(yè)時(shí)該綜采面巷道頂板和圍巖的穩(wěn)定性差，在進(jìn)行掘進(jìn)和支護(hù)時(shí)均需要進(jìn)行大量的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，不僅極大地提升了井下巷道的支護(hù)成本，而且也嚴(yán)重拖累了井下采掘效率的提升。

在對(duì)2207 巷開采技術(shù)條件進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了一種新的采掘工藝技術(shù)，采用全新的自移式臨時(shí)支護(hù)方案，有效地提升了掘進(jìn)效率、支護(hù)效率和安全性。目前該方案已經(jīng)在同忻煤礦得到了廣泛的應(yīng)用，取得了極好的應(yīng)用效果。

1 開采技術(shù)條件

2207 巷從二盤區(qū)皮帶巷幫起算往前1400 m 左右將遇一落差5.0 m、傾角89°的正斷層。巷道的頂板為含礫粗砂巖，巖層厚度為14 m，抗壓強(qiáng)度約為35.07 MPa，抗拉強(qiáng)度約為1.49 MPa。巷道的直接頂為砂質(zhì)泥巖和灰質(zhì)泥巖混合體，厚度約為1.3 m，巖層抗壓強(qiáng)度約為44.79 MPa，抗拉強(qiáng)度約為2.39 MPa；巷道的基本底為高嶺質(zhì)泥巖，厚度為3.98 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.64 m。該巷道內(nèi)煤層平均厚度約為20.12 m，巷道內(nèi)煤層的傾角約為2°，瓦斯的相對(duì)涌出量約為0.5～2.5 m3/min，粉塵爆炸指數(shù)約為50.67%。綜合2207 巷井下實(shí)際地質(zhì)條件，該巷道為典型的復(fù)雜開采工況，需根據(jù)井下實(shí)際情況針對(duì)性地提供開采技術(shù)條件。

針對(duì)巷道頂板和底板巖層分布結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、巷道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的情況，現(xiàn)有的串聯(lián)式一次爆破方案易導(dǎo)致連續(xù)性垮塌，影響后續(xù)的清理效率和安全性，提出了串并聯(lián)順序炮掘工藝方案，實(shí)現(xiàn)了脆弱、復(fù)雜地形條件下的穩(wěn)定爆破。針對(duì)傳統(tǒng)連續(xù)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效率低、支護(hù)成本高的缺陷，在多次試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上提出了自移式臨時(shí)支護(hù)方案，滿足了特殊地形條件下快速、安全支護(hù)的需求。

2 串并聯(lián)順序炮掘工藝

針對(duì)2207 巷井下特殊情況，提出了串并聯(lián)順序炮掘工藝方案[1]，其工藝流程為：安全檢查→打眼→裝藥→聯(lián)線→放炮→通風(fēng)防塵→臨時(shí)支護(hù)→頂板永久支護(hù)→出渣→幫部永久支護(hù)。

鑿巖采用YT-28 型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，六棱中空鋼鉆桿（鉆桿Φ25 mm），配“一字型”合金鋼鉆頭鉆進(jìn)（鉆頭Φ42 mm），可滿足不同地質(zhì)條件下的鉆進(jìn)穩(wěn)定性需求。炮眼的布置順序及裝藥量見表1。

表1 炮眼布置順序及裝藥量統(tǒng)計(jì)表

爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1[2]。

圖1 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

在掘進(jìn)作業(yè)過程中采用濕式打眼、水炮泥定炮、爆破前后沖刷巷幫、爆破時(shí)開放水幕的防塵方案，降低在鉆孔、爆破過程中的粉塵濃度。鉆進(jìn)有水時(shí)要使用防水套，以免受潮拒爆。

巷道爆破采取分次裝藥、分次起爆的爆破作業(yè)方法。裝藥結(jié)構(gòu)采用正向連續(xù)柱狀裝藥，裝藥時(shí)要小心將藥卷用炮棍送到眼底，不得裝錯(cuò)雷管段號(hào)，不得弄斷雷管腳線。在爆破時(shí)，采用煤礦許用三級(jí)粉狀乳化炸藥，1-5 段毫秒延期雷管，MFB200 型礦用發(fā)爆器起爆，雙銅芯膠質(zhì)放炮母線，展開長(zhǎng)度不小于100 m。該炮掘工藝方案具有掘進(jìn)速度快、爆破效果好的優(yōu)點(diǎn)，一次爆破合格率達(dá)到了87.6%，比優(yōu)化前提升了4.6%。

3 自動(dòng)臨時(shí)支護(hù)

為了確保2207 巷特殊地質(zhì)條件下的支護(hù)穩(wěn)定性，提出了自移式臨時(shí)支護(hù)設(shè)備，在確保支護(hù)安全的情況下大幅提升了臨時(shí)支護(hù)效率和自動(dòng)化程度。該自移式臨時(shí)支護(hù)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 2207 巷井自移式臨時(shí)支護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，該自移式臨時(shí)支護(hù)設(shè)備主要由兩種類別的支架及側(cè)幫支護(hù)結(jié)構(gòu)和頂梁構(gòu)成。兩種支架彼此配合使用，能夠根據(jù)井下綜采面的實(shí)際情況靈活地調(diào)整支護(hù)體的結(jié)構(gòu)，滿足支護(hù)便捷性和可靠性的需求。臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)呈下扣的“凹”型，中間的空間供作業(yè)人員進(jìn)行井下通過或者物料運(yùn)輸。支架均由高度可調(diào)節(jié)的支撐油缸構(gòu)成，能夠根據(jù)井下的實(shí)際情況靈活地調(diào)整支護(hù)高度。頂梁采用了“X”型支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)支護(hù)裝置的布局靈活地調(diào)整頂板支護(hù)面積，確保支護(hù)的可靠性。

該自移式臨時(shí)支護(hù)設(shè)備能夠根據(jù)井下綜采作業(yè)的進(jìn)度同步進(jìn)行作業(yè)，不僅實(shí)現(xiàn)了同步支護(hù)，而且能夠極大地提升井下支護(hù)效率。根據(jù)2207 巷的實(shí)際應(yīng)用表明，采用新的自動(dòng)支護(hù)方案后，支護(hù)效率比優(yōu)化前提升了17.2%，支護(hù)成本比優(yōu)化前降低了27.6%。永久支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2。

根據(jù)2207 巷優(yōu)化前后的掘進(jìn)效果對(duì)比，優(yōu)化后采掘工藝方案能夠?qū)⒉删蛐侍嵘?4.1%以上且巷道穩(wěn)定性得到了顯著的提升，目前已經(jīng)在同忻礦得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)論

針對(duì)同忻礦井下煤炭采掘效率低下、經(jīng)濟(jì)性差的情況，在對(duì)井下開采技術(shù)條件進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的采掘工藝技術(shù)，采用了全新的炮掘工藝流程及自移式臨時(shí)支護(hù)方案，根據(jù)在同忻煤礦的實(shí)際應(yīng)用表明：

（1）串并聯(lián)順序炮掘工藝方案具有爆破速度快、爆破效果好的優(yōu)點(diǎn)，一次爆破合格率達(dá)到了87.6%，比優(yōu)化前提升了4.6%。

（2）自移式臨時(shí)支護(hù)方案能夠有效地解決傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效率低、支護(hù)成本高的問題，支護(hù)效率比優(yōu)化前提升了17.2%，支護(hù)成本比優(yōu)化前降低了27.6%。

（3）優(yōu)化后采掘工藝方案能夠?qū)⒉删蛐侍嵘?4.1%以上且巷道穩(wěn)定性得到了顯著的提升，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。