综采工作面初采放顶设计优化研究_李宁.pdf
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1、当代矿工 2023.01矿山安全KUANG SHAN AN QUAN 综采工作面初采放顶设计优化研究 晋能控股装备制造集团寺河矿 李宁摘要:在矿井煤层综采工作面初采过程中,随着工作面不断推进,直接顶和基本顶由于受诸多因素的影响,大面积垮落的现象时常发生,垮落过程经常引起采空区内大量瓦斯不断涌出,导致矿井内部瓦斯浓度急剧上升,超标超限,矿压比显著增大,煤矿安全生产受到严重威胁,极易造成安全事故。本文结合矿井煤层围岩赋存实际情况,对寺河矿 5305 综采工作面初采放顶设计进行优化研究,使综采工作面初采期间基本顶、直接顶垮落基本处在可控范围之内,垮落步距进一步缩小,垮落保持在均匀且量少次多状态,同时
2、,加强初采放顶期间的安全管理工作,确保了 5305 综采工作面初采期间安全生产的顺利进行。关键词:综采;初采放顶;设计优化煤层综采工作面初采放顶作为采煤行业较为成熟的工艺,由于具有产量比较大,生产功效比较高等诸多优点,在国内许多矿区都得到广泛的应用。但在工艺实施过程中,初次放顶作为其生产作业的重要环节,特别是对于坚硬顶板煤层,初次放顶设计和作业的意义显得尤为重要。初采作业时,如果作业面形成大面积的悬顶,可能引起顶板垮落,其结果是一方面产生强力的冲击地压,另一方面还可能导致采空区大量的瓦斯气体挤出,致使作业面瓦斯浓度急剧上升超标超限,从而严重威胁企业的安全生产,甚至导致发生安全事故。因此,对存在
3、坚硬顶板情况下综采作业面,开展初采前顶板设计技术研究,并根据现场实际情况对爆破具体参数和工艺不断改进优化,有助于解决初采期间工作面顶板管理问题,并保证矿井安全生产具有十分重要的意义。一、寺河矿 3#煤层顶底板围岩赋存概况寺河矿属于典型的煤与瓦斯突出矿井,瓦斯含量较高且压力较大,综采工作面采用一次性采全高大采高采煤工艺,单产水平高,生产强度大,综采工作面生产期间瓦斯绝对涌出量高,极容易造成瓦斯超标超限问题,不仅制约着生产作业,还严重威胁着人民生命和矿井的安全。寺河矿 3#煤层平均厚 6.0 米,煤层倾角 1 14,煤层平均倾角 5左右。煤体黑色,结构形式为条带状,中部夹带厚度为 0.2 米泥岩,
4、呈现金属光泽,见细小纵向方解石脉。基本顶为中粒砂岩,颜色呈浅灰色,成分主要含石英、长石等,质地较为坚硬,内含黑色矿物,基本顶厚度为 7.10 米;直接顶是砂质泥岩,质地不太坚硬,内含多种植物化石,直接顶厚度为 2.43 米;伪顶为炭质泥岩,颜色为黑色,质地较软,伪顶厚度 0.20 米。基本底为泥岩,质不太坚硬,局部夹薄层状砂泥岩、粉砂岩,直接底厚度为 7.52 米。二、初采前顶板设计分析研究1.顶板预裂爆破卸压理论前 沿 25MODERN MINER矿山安全KUANG SHAN AN QUAN 当代矿工 2023.01综采工作面初采前顶板预裂爆破的目的,主要体现在以下几个方面。一是减弱煤层各类
5、顶板强度,二是缩短各类顶板垮落步距,三是减小各类顶板施压强度。从而保证采掘生产中工作面的安全生产,同时在一定程度上增加顶煤回收量。预裂爆破作为一种顶板岩层内部无自由面爆破方式,主要借助在巷道内通过向煤层上方坚硬顶板钻孔爆破的形式来实施。炸药爆炸瞬间产生的强大冲击波会直接作用在钻孔周围介质上,周围介质由于承受压力过大而破碎,使爆破周边区域产生粉碎区和裂隙区。整个预裂爆破作业实施的关键因素,主要是通过爆炸动压的震裂效应和静压爆生气体的气楔效应,使顶板岩体产生裂隙或原先存在的裂隙扩大,造成顶板完整性受到一定程度上的破坏,从而降低顶板岩体强度,进而达到初次放顶的目的。2.初采顶板预裂爆破参数设计根据围
6、岩赋存概况,并结合 5306 工作面生产作业实际情况分析,对大采高 5305 工作面顶板预裂爆破进行优化设计,主要包括炮眼布置方式和钻孔施工工艺。a.炮眼布置方式及要求优化后,大采高工作面初采前对顶板进行预裂爆破,切眼范围内共布置 6 排炮眼,炮眼钻孔的具体布置情况如下:炮眼钻孔布置 1:在切眼内距离尾巷侧帮 1.0 米处,设计施工炮眼两排,炮眼排距控制在 0.8 1.0 米之间,炮眼之间距离 1.75 米,炮眼深度 5.5 6 米之间,钻孔直径 42 毫米,炮眼钻孔角度与工作面顶板呈 75 度。炮眼钻孔布置2:在切眼内距离工作面煤壁1.0米处,设计施工炮眼两排(每排 170 个,共 340
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