14 采區(qū)運輸石門揭煤設(shè)計及頂煤固化技術(shù)實踐

蔡 鵬

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 102200）

1 概況

趙家寨煤礦位于河南省鄭州市新密煤田東部區(qū)域，生產(chǎn)能力每年300萬t，主要開采山西組二1煤層，平均煤厚5.5 m，為典型“三軟”煤層。2015 年9月礦井升級為煤與瓦斯突出礦井。目前正在開發(fā)的14 采區(qū)可采儲量20.3 Mt，服務(wù)年限7.9 a，共布置8 個工作面。采區(qū)設(shè)計為單翼采區(qū)，走向長1700 m，傾向?qū)捚骄?800 m，布置有運輸、軌道和回風(fēng)三條上山。上部新建西風(fēng)井，回風(fēng)上山通過總回風(fēng)石門與西風(fēng)井連接；下部通過-325 西翼軌道、運輸大巷及上倉運輸斜巷與井底車場、主井煤倉相連接，構(gòu)成采區(qū)主要運輸路線和輔助運輸路線。目前14 采區(qū)上山已貫通，正在施工14 采區(qū)運輸、軌道上山工程。

14 采區(qū)運輸上山采用錨網(wǎng)噴/36U 鋼支護(hù)，凈斷面16.7 m2，設(shè)計工程量1526 m，已施工1262 m。目前迎頭（通1 點前18 m）巷頂距二1 煤層底法距6 m，預(yù)計向前25 m 將揭露二1 煤層，煤層傾角-9°，厚度7 m，揭煤段長度60 m，如圖1。

圖1 14 采區(qū)運輸上山揭煤巷道與二1 煤層位置示意圖

2 揭煤設(shè)計及爆破方案

2.1 揭煤設(shè)計

巷道施工至巷頂距煤層法距2 m 時施工導(dǎo)硐，具體方法為：目前迎頭位置向前掘進(jìn)18 m 后停止施工（即巷頂距煤層法距為2 m 位置，實際掘進(jìn)距離以現(xiàn)場探測為準(zhǔn)），保留距煤層法距2 m 的巖頂繼續(xù)向前掘17 m（即以-9°坡度向前掘進(jìn)17 m）。導(dǎo)硐規(guī)格寬×高為3 m×3 m 的方形巷道，采用臨時支護(hù)，在導(dǎo)硐迎頭4 m 范圍巷頂進(jìn)行裝藥揭煤，采用遠(yuǎn)距離放炮一次直接揭開煤層，揭開煤層后巷道輪廓線內(nèi)煤厚不小于巷高的三分之一，如圖2。

圖2 14 采區(qū)運輸上山導(dǎo)硐揭煤

2.2 揭煤爆破設(shè)計

炮眼布置采用巖眼和穿巖煤眼相間排列方式（圖3），炮眼間距為0.5 m。巖眼終孔于煤層底板以下0.1 m，穿巖煤眼進(jìn)入煤層0.5 m，煤眼深為2.5 m，巖眼深為1.9 m。經(jīng)計算實際布置炮眼48 個。炸藥量根據(jù)同等巖石條件（砂質(zhì)泥巖）下掘進(jìn)爆破經(jīng)驗，根據(jù)爆破參數(shù)圖4，煤孔裝藥量為1.2 kg/孔（即6卷），巖孔裝藥量為1 kg/孔（即5 卷），實際總裝藥量為52.8 kg。為確保所有炮孔在整個爆破過程中一次性全部起爆，爆破網(wǎng)絡(luò)連線方式采取大串聯(lián)連線。爆破雷管采用毫秒延遲電雷管，進(jìn)行分段起爆，巖孔第一段，煤孔第二段。爆破參數(shù)表見表1。

圖3 炮眼布置示意圖（m）

圖4 爆破參數(shù)圖

表1 爆破參數(shù)表

3 煤體加固方案及措施

14 運輸上山揭煤區(qū)域卸煤量為457 t，預(yù)計揭煤區(qū)域形成大量空洞。為防止揭煤期間發(fā)生冒頂事故，揭煤施工前采用向揭煤區(qū)域注水泥漿的方法對煤體進(jìn)行充填和固化。

3.1 注漿孔參數(shù)

本次頂板固化措施利用原有的9 個水力沖孔進(jìn)行注漿，目前孔口已安裝有套管及2 寸球閥變頭，鉆孔參數(shù)及位置如圖 5、圖6。

圖5 注漿孔位置示意圖

圖6 注漿孔位置平面示意圖

3.2 注漿方案

注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿注漿，選用2ZBQ-8/10 煤礦用氣動注漿泵。由于頂板上方揭煤區(qū)域存在大量空洞，煤體可能破碎，注漿時根據(jù)現(xiàn)場情況，合理調(diào)整注漿漿液配比。

漿液構(gòu)成使用PO42.5 MPa 普通硅酸鹽水泥，水泥漿的水灰比0.6:1～0.8:1（根據(jù)情況在小范圍內(nèi)調(diào)整）。水泥—水玻璃配比：堵漏使用水泥—水玻璃雙液漿時，水泥漿配比不變。水泥漿和水玻璃的體積比1:0.4～1:0.6。注漿方式：注漿時間采取間隔注漿，防止鉆孔串漿，注漿終止壓力2～4 MPa，封孔位置在孔內(nèi)深度為2.5 m（根據(jù)現(xiàn)場注漿情況確定是否進(jìn)行噴漿）。水玻璃濃度40°Bé，水泥水玻璃雙漿凝結(jié)時間51 s。

3.3 采取措施

（1）注漿前先利用小注漿泵將14 運輸迎頭所有抽放孔注水泥漿封堵嚴(yán)密，防止加固期間跑漿漏漿。

（2）西風(fēng)井項目部負(fù)責(zé)將西風(fēng)井注漿管路連通并延接至14 運輸迎頭10 m 范圍內(nèi)。

（3）注漿隊負(fù)責(zé)準(zhǔn)備直徑為25 mm 的高壓膠管及閥門，并加工三通卸壓閥門。

（4）注漿前準(zhǔn)備工作：① 提前對注漿管路進(jìn)行排查，確保完好，無破碎、損壞；② 進(jìn)行注漿管路試驗、沖洗，確保管路暢通、牢固、可靠；③ 注漿管路耐壓試驗，試驗壓力≥10 MPa，持續(xù)時間≥30 min；④ 測試、檢驗合格再注漿。

（5）注漿過程：① 有專人巡視、檢查注漿管路；② 注漿管路發(fā)生故障時，需快速、及時處理；③ 如故障處理時間較長，及時沖洗管路，避免管路擁堵堵塞。

（6）注漿結(jié)束并達(dá)到注漿標(biāo)準(zhǔn)后，先關(guān)閉孔口閥門，再卸下孔口高壓膠管，為下一個鉆孔注漿做好準(zhǔn)備工作。鉆孔注漿結(jié)束24 h 內(nèi)，不得打開閥門。注漿結(jié)束后，及時沖洗管路，避免漿液沉淀、堵塞管路。

（7）施工到巷頂距煤層法距2 m 位置時，編制揭煤金屬骨架或煤體固化防冒頂措施。

4 實踐效果

2016 年9 月石門揭煤導(dǎo)硐施工完成，由于揭煤施工前向揭煤區(qū)域采取了煤體進(jìn)行充填和固化措施，揭煤時采用小斷面導(dǎo)硐施工遠(yuǎn)距離爆破揭露煤層的方法，導(dǎo)硐施工范圍內(nèi)受采動影響較小，頂板圍巖相對穩(wěn)定、可靠，快速完成了放炮打眼、裝藥、聯(lián)線等遠(yuǎn)距離爆破揭煤前的準(zhǔn)備工作。爆破前井下所有作業(yè)人員全部撤離至地面，切斷井下所有設(shè)備供電（除風(fēng)井、水泵主要設(shè)備），然后進(jìn)行地面遠(yuǎn)距離爆破。爆破后瓦斯?jié)舛扔兴黾?，但均在安全控制范圍以?nèi)。掘進(jìn)面爆破現(xiàn)場揭露煤層，未發(fā)生頂板大面積冒頂煤矸堵塞巷道事件。頂板爆破范圍內(nèi)有較小范圍空頂，采取泡沫材料充填空頂區(qū)域并進(jìn)行錨網(wǎng)噴漿加強(qiáng)支護(hù)，揭煤達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)論

趙家寨煤礦14 采區(qū)首次石門揭煤工程實踐，采用的小斷面導(dǎo)硐施工遠(yuǎn)距離爆破揭煤方法和煤體充填、固化等措施，有效避免了高瓦斯煤層石門揭煤發(fā)生頂煤大面積冒落和瓦斯超限的事故，順利完成了遠(yuǎn)距離爆破一次揭露松軟不穩(wěn)定厚煤層，為同類工程地質(zhì)條件下的瓦斯治理和巷道揭煤提供了豐富的寶貴經(jīng)驗。