综采工作面过陷落柱技术实践研究

摘要:文章分析了同煤集团燕子山矿14-3#层303盘区8303工作面回采过程中遇到的陷落柱地质状况,同时陷落柱下沉过程中由于重力滑动和摩擦造成附近的围岩断裂和变形,产生派生构造,在陷落柱边缘形成多道断层,从而产生地堑地垒。针对陷落柱结构的特点,文章得出的结论是:工作面不能采取普通的岩石松动爆破通过该陷落柱,必须改变传统的爆破方式,采用深眼爆破和风钻局部补眼技术,并改进装药的方法,进而取得了很好的效果,达到了安全生产的目的。

关键词:综采工作面;陷落柱;深眼爆破;涌水处理;调整割煤工艺

中图分类号:TD265文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0147-02

一、工作面概况

1.14-3#层303盘区8303工作面位于303盘区北翼,工作面对应上覆为12-2#层8303、8305已采面及小窑采空区。工作面煤层较稳定,大部分有两层夹石,夹石厚度为0.05～0.4米,煤厚为2.4～3.2米,平均2.9米。工作面地质构造校简单,共揭露8条断层,其中在头巷340米处揭露的落差为2.9米,正断层对回采影响较大。

2.工作面水文地质条件较简单,煤岩层含水微弱,含水系数为0.1。工作面对应上覆12-2#层8303、8305工作面及小窑采空区积水已经过钻孔放水,11#层小窑采空区积水不明。在回采初期已对工作面上覆局部低洼处积水作好应对措施。

3.由于上覆为采空区,回采过程中为防止上覆有害气体下泄的威胁,已进行了升压通风管理。

二、陷落柱赋存状况

本工作面于2008年7月28日早班回采至采位为头巷258米、尾巷252米时,在工作面33#架至47#架突然揭露大面积全断面岩石,通过对揭露的性状分析及钻孔探测,确定为陷落柱,初步推测陷落柱的范围呈椭圆状,长轴大于46米,短轴大于30米,位置为横向靠近工作面头部,纵向已接近头巷340米处。揭露的落差为2.9米断层,重新开掘切巷如避开断层和陷落柱的影响资源损失较大,且需要全队停产等待。为此矿党政果断决定采取有力措施推过影响区域,以提高资源回收率,缓解生产衔接。经过全矿上下52天的拼博奋战,于2008年9月17日终于采过陷落柱,完成了预定目的。

经过实际揭露,陷落柱的长轴为75米,短轴为55米,陷落柱的不规则下沉,造成柱体内岩块松散,岩性不一致,硬度有较大差别,部分夹杂煤屑块,同时陷落柱下沉过程中由于重力滑动和摩擦造成附近的围岩断裂和变形,产生派生构造,在陷落柱边缘形成多道断层,从而产生地堑地垒,使工作面起伏不平。

陷落柱在下沉过程中形成漏斗状凹陷区域,使上覆顶板岩层的连续性遭到破坏,陷落柱范围内顶板涌水量急增,造成生产环境恶化。

三、施工组织方法

采用深孔爆破技术,调节工作面采高,调整割煤工艺,局部采用风钻打眼放炮来达到松动岩石,打放水孔治理涌水,并对设备进行妥善保护。成立以矿领导为首的过陷落柱领导组,统一指挥,协调合作。

1.深孔爆破法。

(1)采用隔架打眼的方法:钻机队二班负责打深眼,要求在陷落柱范围内每架打一个眼,即钻机队二班第一天打单数架号位置的眼,第二天打双数架号位置的眼,这样可以保证日推进3米。要求孔深6米,孔径53毫米,距底板0.8米,孔距3米,炮眼必须平行于底板。

(2)装药方法:采用导爆索引爆,分散装药结构,使用4#矿用岩石硝铵炸药,每孔装药量为4公斤,见如图4所示。先将导爆索插入药卷中,用胶带裹牢,插入孔底,接着再装一卷药,随后装两卷炮土,每卷炮土长5米,然后再两卷药,最后用炮土封好。在实际操作过程中,为提高爆破效果,根据岩石的硬度和破碎程度的不同,优化了爆破参数,进一步提高了岩石的松动效果,采用了4.5米和6米的孔深,装药结构也有所变化,孔深为4.5米时装4卷药,孔深为6米时装6卷药,装药结构如图4所示:

(3)爆破方法:导爆索使用雷管引爆,采用逐个爆破的方法爆破。

2.结合风钻局部补眼爆破。在岩石震动效果不佳的地方,如工作面上部通常在深孔爆破后仍有较大岩块,影响机组截割,采用风钻打眼放小炮破碎,眼深为1.5米,每眼装药400克。

3.调整了割煤工艺。由于工作面头尾落差达12米,头低尾高,所以采用超前拉架割单刀的方式,即机组上行截割煤岩,下行装煤。每个循环必须保证工程质量。

4.采用打放水孔的方法,及时排放工作面涌水。在头巷陷落柱范围内,每隔10米打一个放水孔和2301巷贯通进行排水。在二部皮带头低洼处打两个放水孔与2301巷贯通进行排水。采取以上措施后对陷落柱的顶板涌水的治理能够满足生产要求。

5.加强对设备的保护。在陷落柱范围内将支架的四个立柱用皮带包裹防止损坏,同时在支架的前探梁下再吊一道覆盖工作面全高的皮带,防止爆破飞石和提高装岩效果。

6.调整工作面采高。工作面采高调整到2.3～2.5米,以满足机组的最小通过高度和留有一定的安全间隙为限。

四、施工安全技术要求

1.爆破前将支架、管线等严格保护,避免损伤;爆破后必须将电缆槽和支架内的石块杂物清理干静。

2.在陷落柱范围内每个循环必须超前拉架,保证达到最小控顶要求。

3.每天由钻机队二班负责打深眼爆破,早夜班按正常循环进刀及小孔破碎大块岩石,工作面必须割平,支架放平,不容许急提急刹。在陷落柱范围内严格控制机组速度,不得超过2米/分钟。不得利用机组强行截割围岩。

4.加大机电检修力度,保证设备正常运转,特别是保证支架初撑力和工作阻力,不得出现跑、冒、漏、串、滴等现象,支架工必须将支架升紧升牢,保证达到支护效果。

5.在过陷落柱期间,工作面附近必须存放50根钢梁、100根单体柱及20套钢针,以备不时之需。

五、社会经济效益

经过50余天的艰苦奋战,工作面比较顺利地通过了陷落柱,并在短时间内通过了陷落柱伴生的断层影响区段,取得了很好的效果。

1.节省了重开切眼巷道及二次搬家准备的工程量,相对节约了大量的财物和人工的投入。

2.如果进行小搬家必须避开340米处落差2.9米断层的影响,采用连续回采出来后多生产原煤 1.7万吨,提高了资源回收率。

3.为将来过类似地质构造影响提供了一次有益的参照,积累了一定的经验和办法。

通过对比,产生的直接经济效益约100万元。

作者简介:方志刚(1980-),男,山西大同人,同煤集团燕子山矿综采三队助理工程师,研究方向:采矿技术发展。