李棟梁 徐 超 秦 鵬
(山東省天安礦業(yè)集團有限公司,山東 曲阜 273100)
山東省天安礦業(yè)集團有限公司星村煤礦主采3煤層。礦井自投產(chǎn)以來,受深部開采的影響,煤質破碎、壓力大,自燃風險與沖擊地壓風險較高,特別是工作面過斷層期間的防火與防沖治理更是難點。超強卸壓使得煤體大范圍嚴重破碎,導致自然發(fā)火幾率大大增加,回采速度的變慢同樣使得自然發(fā)火幾率幾何式增加。對于沖擊地壓防治來說,強卸壓、強監(jiān)測、強支護、慢推進是有效手段;但對于自然發(fā)火防治而言,煤體完整、快推進是保證礦井不發(fā)生自然發(fā)火的重要手段。如何合理有效地管控過斷層期間煤體沖擊地壓危險與自然發(fā)火危險成為安全生產(chǎn)所面臨的難題。
星村煤礦現(xiàn)回采的3306 工作面總體構造形態(tài)為單斜構造,局部發(fā)育小幅緩波狀褶曲。工作面煤層走向北30°~40°西,傾向北50°~60°東,傾角3°~15°,平均11°。SF101 斷層貫穿整個工作面,對回采影響較大,致使工作面局部破巖石及丟底煤。SF101 斷層情況見表1,SF101 斷層示意圖如圖1。
圖1 3306 工作面SF101 斷層示意圖
表1 SF101 斷層情況表
如何有效管控斷層期間的防火與防沖重大風險,成為了解決問題的重點。
由于過斷層期間自然發(fā)火重大風險與沖擊地壓重大風險共存,采取分項治理沖擊地壓與自然發(fā)火的同時,需對重點區(qū)域采取綜合治理的方式進行管控。
主要從四個字入手,一減:減少工作面推進度,根據(jù)工作面壓力顯現(xiàn)具體分析及時進行調整;二卸:重點對斷層尖滅位置進行卸壓,爆破孔再向兩端延伸,輔助卸壓的措施要堅持;三支:加強運順的頂幫支護;四控:控制危險區(qū)域施工人員,把人減下來。
2.1.1 大直徑鉆孔卸壓
對斷層區(qū)域施工大直徑鉆孔進行預防性卸壓。鉆孔布置:每兩排鋼帶施工一個鉆孔(孔間距1.6±0.5 m),鉆孔布置在巷道底板向上1.5±0.5 m,施工高度可根據(jù)現(xiàn)場情況進行適當調整。鉆孔直徑150 mm,鉆孔深度L ≥23 m(施工至巖石時,以實際施工深度為準),鉆孔角度:水平角度垂直于煤壁,垂直角度與煤層傾角一致。
2.1.2 頂板深孔爆破卸壓
孔間距均為15 m,鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場實際進行調整,每孔裝90 卷煤礦許用二級水膠炸藥(規(guī)格Φ27 mm×400 mm×300 g),裝藥長度12 m;均為正向裝藥,孔內(nèi)并聯(lián),孔間串聯(lián);使用毫秒延期同段電雷管,每根母線長度與雷管自身的腳線接起來后應不少于卸壓爆破孔深度,并且雷管與雷管之間能用腳線連接;采用FD200 型發(fā)爆器起爆,一次起爆不超2 個孔,要保證發(fā)爆器電量充足;炮眼用速凝水泥藥卷封孔,炮眼封滿封實。爆破卸壓裝藥結構示意圖如圖2。
圖2 爆破卸壓裝藥結構示意圖
(1)運順頂板爆破卸壓
根據(jù)工作面斷層實際情況,運順施工兩組頂板深孔爆破孔。運順深孔爆破參數(shù)見表2,運順側整體卸壓示意圖如圖3。
圖3 運順側整體卸壓示意圖
(2)軌順頂板爆破卸壓
根據(jù)工作面斷層實際情況,軌順施工9 組頂板深孔爆破孔,見表2。軌順側整體卸壓示意圖如圖4。
表2 運順深孔爆破參數(shù)表
表3 軌順深孔爆破參數(shù)表
圖4 軌順側整體卸壓示意圖
主要從強化常規(guī)防火措施以及監(jiān)測兩方面入手。
2.2.1 縮短管路間距
工作面接近斷層50 m 前兩順鋪設注漿、注氮鋼管,軌順注漿管路沿工作面方向鋪設3~10 m,注漿、注氮管路鋪設間距30 m 左右;工作面接近斷層30 m 前在軌道順槽側沿工作面方向鋪設多出口注漿管,管路長度不小于60 m,第一個三通出口距軌順不小于30 m,靠近溜頭的末端一節(jié)設三通出口,出口不設悶頭;過斷層期間多出口注漿管鋪設間距50 m 左右。
2.2.2 強化常規(guī)防火措施
運順頂板施工防火鉆孔采用三排布置:順槽支架與非采幫之間施工一排鉆孔,兩順槽支架之間施工一排鉆孔,順槽支架與采幫之間施工一排鉆孔,角度60°~80°傾向采空區(qū)方向,間距3 m 左右,鉆孔深度為3~5 m 或至巖石頂板,具體施工鉆孔根據(jù)現(xiàn)場情況適當調整鉆孔位置、角度。當現(xiàn)場無施工空間無法施工時,暫不施工鉆孔,在此區(qū)域推至端頭處必須加強對此區(qū)域插眼注防火材料處理。運順非采幫端頭架至后尾梁之間施工防火鉆孔,鉆孔位置距底板約1.5 m,角度60°~80°傾向采空區(qū)方向,間距2 m 左右,鉆孔深度為3 m 左右。1#~10#架間施工防火鉆孔,鉆孔角度60°左右,深度4 m左右,鉆桿前端設0.3~0.5 m 的花管,管與管之間用內(nèi)接絲連接,封孔用棉紗封孔,保證封孔質量。運順煤壁10 m 外鉆孔以注水、防火劑等防火材料,煤壁10 m 內(nèi)至端頭處注凝膠處理。工作面架間防火鉆孔注水、防火劑等防火材料處理,移架等因素破壞鉆桿時及時補打鉆孔并注防火材料處理。
2.2.3 加強監(jiān)測
工作面接近斷層50 m 前在兩順鋪設監(jiān)測束管,束管出口使用花管保護,將束管引至兩順煤壁外并做好保護。束管鋪設間距15 m 左右,每周不少于6次采樣。
2.2.4 強化注漿注氮工藝
軌順注漿及注氮交替進行,注漿管路選擇進入采空區(qū)約50 m,每次壓注量約100 m3;注氮管路選擇進入采空區(qū)約30~40 m,注氮流量約500 m3/h。根據(jù)現(xiàn)場出水及兩隅角氧氣情況適當選擇注漿、注氮一次性壓注量。當回風流一氧化碳氣體大于10 ppm 且有上升趨勢時,對采空區(qū)壓注阻化泡沫處理。管路選擇運順注氮管路進入采空區(qū)約40 m,具體管路選擇根據(jù)氣體分析情況適當調整,一次性壓注量約3 t,具體情況根據(jù)現(xiàn)場情況適當調整一次性壓注量。
(1)針對卸壓大孔及深孔爆破位置,每隔20 m 敷設一束管,每周取樣分析一次,進入采空區(qū)后不再取樣分析。
(2)對于出現(xiàn)大震動區(qū)域及時補注凝膠進行防火預處理,如在采空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較大震動,及時根據(jù)預留的管路進行注漿或注氮處理。
主要從過斷層期間的自然發(fā)火指標性氣體及工作面震動能量、頻次來驗證風險控制效果。
(1)從工作面回風流一氧化碳濃度變化來看,整體變化不大,未連續(xù)出現(xiàn)回風流一氧化碳濃度超過10 ppm 情況。
(2)從采空區(qū)束管分析數(shù)據(jù)來看,未連續(xù)出現(xiàn)采空區(qū)一氧化碳濃度超過100 ppm 情況,根據(jù)以往防火經(jīng)驗視為采空區(qū)無自然發(fā)火風險。
3306 工作面過斷層期間震動631 次,震動能量57 萬焦,平均每天震動21 次,平均每天震動能量19 000 J。工作面1000 J 以上震動主要集中在工作面超前影響區(qū)域和卸壓區(qū)域,震動多分布于運順側斷層下盤,而軌順側震動較少。
根據(jù)以往工作面震動次數(shù)及能量來看,過斷層期間未發(fā)生超過10 萬焦震動,整體分析工作面無沖擊地壓風險。
(1)針對斷層落差大、延展距離長、煤體破碎、巖石多等難題,必須強化工作面過斷層期間的沖擊地壓風險與自然發(fā)火風險的管控措施,堅持強卸壓,為沖擊地壓防治提供最有效的手段。針對強卸壓后煤體破碎,自然發(fā)火隱患大大增加的情況,在強卸壓位置進一步強化預防自然發(fā)火的措施。
(2)健全自然發(fā)火預測預報系統(tǒng),加強自然發(fā)火預測預報,堅持每周一次的束管采樣分析,為過斷層期間防火措施的調整與實施提供依據(jù)。