平庆煤矿回风石门揭煤技术的研究

2015-04-08贾爱芳

邯郸职业技术学院学报 2015年2期

贾爱芳

(晋城职业技术学院矿业工程系，山西晋城048000)

一、引言

平庆煤矿位于云南省富源县十八连山镇，建于1998 年3 月17 日，自建矿至今每年的等级鉴定均为瓦斯矿井，由于周边矿井不断发生瓦斯突出事故，平庆煤矿着手解决矿井突出的问题。为了解决该煤矿突出矿井回风石门的揭煤问题，对防突技术和效果检验技术以及远距离放炮揭煤技术进行了研究，解决了突出瓦斯突出矿井回风石门揭煤技术的科技难题，为同类型矿井回风石门的揭煤提供了可靠的技术指导。

二、5m 防突技术

1.回风石门掘进工作面距煤层法线距离5m 时，进行煤与瓦斯突出预测

第一次防突效果检验，采用钻孔法，检验孔5 个，孔径Φ50mm，孔深打至待测煤层顶板止，控制揭穿煤层巷道断面及巷道两侧煤层轮廓线外不少于2.5m。当检验煤层无突出危险性，且打孔中无喷孔、卡钎、瓦斯涌出异常等突出预兆，则采取“探掘”措施掘进至距煤层底板法向距离不小于3m 位置停掘。若经分析表明煤层具有突出危险，则必须采取抽、排放瓦斯等补救措施，并重新进行措施效果检验，只有经检验证实煤层已无突出危险后，方可掘进至距煤层底板法向距离不小于3m 位置停掘。

效果检验钻孔布置为:第一个检验钻孔布置在巷道中心点距左侧0.8m、往上0.8m 处，终孔控制在左帮7m 法线内的第10m、顶板5m 法线处;第二个检验钻孔布置在巷道中心点距往上1.2m 处，终孔控制在距巷道左帮2m 顶板法线2m 处;第三个检验钻孔布置在巷道中心点下1m 偏左0.2m 处，终孔控制在距底板法线1.5m 左帮0.5m 处;第四个检验钻孔布置在巷道中心点偏右1.0m、往上1.0m 处，终孔控制在距右帮法线6m 顶板1m 处;第五个检验钻孔布置在巷道中心点距右侧0.8m、往下0.8m 处，终孔控制在右下帮，距巷道右帮10m、底板下0.88m 法线处。石门揭煤测试参数及指标见表1。

表1 石门揭煤测试参数及指标

无突出危险执行好“探三掘一、先探后掘”的措施，探明巷顶及前方情况。

2.检验有突出危险，实施钻孔抽放

在距离碛头3m 的两帮分别掘进一个4m×3.2m×3.2m 钻场，增加抽放钻孔和抽放面积，缩短抽放时间。

在钻场和碛头用ZDY －750 型钻机施工区域防突钻孔，钻孔的最小控制范围:石门揭煤四周8m ～10m 范围。

钻孔施工完毕后，立即投入抽放，要求孔负压不得低于13KPa，每周检测两次抽放负压、浓度、抽放量等参数。抽放钻孔施工结束，必须测定钻孔瓦斯自由排放量和钻孔喷孔瓦斯量，瓦斯抽放总量为钻孔瓦斯自由排放量和钻孔喷孔瓦斯量加上预抽瓦斯量之和，由通防部负责收集资料并计算。作为效果检验依据时，只取抽放量之和。计算煤层预抽率达到30%以上时重新恢复掘进施工。

抽放钻孔记录、封孔情况记录、抽放及有关参数(抽放系统中的瓦斯浓度、流量、负压)的观测工作由揭煤专业领导小组安排，通防部、地质测量部共同完成。

三、3m 效果检验

由防突人员对煤层再次进行防突预测检验，检验方法、测试参数及工作指标与5m 位相同。

当检验煤层无突出危险，且施工钻孔中无喷孔、卡钎、瓦斯涌出异常等突出预兆，按正常掘进揭开煤层。若经分析表明煤层具有突出危险，则必须再次采取抽、排放瓦斯等补救措施，并再次重新进行措施效果检验，只有经检验证实煤层已无突出危险后，才能正常掘进。

采用钻屑指标解析法(见表2)预测8 －2号煤层的煤与瓦斯突出危险性。

表2 钻屑瓦斯解析指标法指标参考临界值

施工4 个穿透8 －2 号煤层全厚的预测钻孔，其中4 号钻孔沿巷道到煤层法线方向施工，1 号孔终孔位于巷道左帮轮廓线外2m 处，2 号孔终孔位于巷道右帮2m 处，3 号孔沿巷道掘进方向施工，进行突出危险性预测。

岩石段用ZDY－750 型钻机施工钻孔，见到煤后立即停止钻进，用压风将孔内岩屑吹干净，改用防突钻机(ZYJ－41/30)继续施工钻孔，并且穿透煤层全厚。煤层段孔径Φ42mm，打钻速度控制在1.0m/min左右。

当预测为突出有危险时，采取施工瓦斯排放钻孔措施，然后进行措施效果检验，措施有效方可继续掘进。

措施无效时，继续进行排放瓦斯或施工预测预报钻孔，若预测为有突出危险性时，施工排放孔进行排放消突，排放孔排放时间不得小于8 h。

排放后，再次进行效果检验直至措施有效后方可作业。

四、突出危险性预测

在1 回风石门掘进工作面距煤层法线距离1.5m 时，采用钻屑指标法进行突出危险性预测。

在石门掘进至距煤层法线距离1.5m 时，停止掘进，由工作面向煤层打3 个Φ42mm 的钻孔。由于是底板揭煤巷，巷道顶板比底板预先见煤，因此，设计预测钻孔平行于巷道顶板，并距顶板1.8m。1 号钻孔位于掘进巷道断面的中部，向上倾斜并与掘进前进方向成2°夹角，终孔位于煤层顶板;2 号、3 号两个钻孔在巷邦两侧各一个，与一号钻孔成25°夹角，其终孔点位于巷道轮廓线外2m 处。在钻孔钻进到煤层时每钻进1m 采集一次孔口排出的粒径为1mm ～3mm 的煤钻屑，测定其瓦斯解析指标K1或Δh2值［1］。

1.施钻人员用ZDY －750 钻机打Φ50mm 的钻孔，见煤后清孔，再改用防突钻机的麻花钻孔打Φ42mm 的钻孔，穿透全煤层，取样测定8－2号Qmax 和Smax 值。见煤后打钻速度应控制在1.0m/min 左右，并根据钻孔长度准确确定岩柱。

2.当预测为突出危险工作面时，采取施工瓦斯排放钻孔措施，然后进行措施效果检验，直到措施有效方可进行揭煤准备。

五、远距离放炮揭煤

由于是近水平煤层，不能一次全部揭露煤层，所以从距煤层法线1.5m 开始一直采取远距离放炮，实行浅循环作业，单个循环进度为0.8m，直至全断面揭开8 －2号煤层并超过2m 为止。

(一)爆破设计

1.循环装药量

非震动炮快速揭煤方式为浅循环掘进，石门工作面采用全断面一次装药全断面一次起爆，所需炸药量可按(5 －1)式估算:

式中:Q——每个循环的装药量，单位:kg;

N——炮眼数量，单位:个;

L——炮眼平均深度，单位:m;

a——装药系数，一般取a=0.5 ～0.7;

m——每个药卷长度，m=0.2m;

P——每个药卷重量，P=0.15kg。

2.炮眼个数

全断面一个循环所需炮眼个数可根据(5 －2)式进行估算:

式中:q——单位体积煤岩体炸药消耗量，单位:kg/m3;

s——巷道掘进断面积，单位:m2;

μ——炮眼利用率，单位:%。

根据计算结果，估算出一个循环所需的炸药量和炮眼个数。为了提高爆破效果，掏槽眼的装药量可比其它炮眼多装1 ～2 条药卷;为了使石门工作面爆破后巷道成形规则，周边眼采用光面爆破方式布置，周边眼的间距一般为0.2m ～0.4m，光面层厚度(最小抵抗线)一般不超过0.5m。因此，石门工作面全断面实际布置炮眼数量要大于估算炮眼的数量，另外周边眼的装药量应尽可能的减少，以保证爆破后的巷道周边成型规整，减少应力集中。

3.炮眼布置及技术要求

掏槽眼:石门工作面巷道断面一般比较大，掏槽眼一般采用楔形掏槽，掏槽眼的角度以便于展开为准。掏槽眼深度比其它炮眼深0.2m，炮眼水平角度与工作面成68° ～75°夹角。

辅助眼:布置辅助眼应考虑炮眼爆破的最小抵抗线，一般应与掏槽眼和周边眼错开，不得布置在同一直线上，即与其它炮眼呈三角形分布，炮眼深度比掏槽眼浅0.2m，但炮眼孔底位置必须要落在同一竖直面上，爆破后保证碛头端面整齐。

周边眼:周边眼应按照光面爆破要求布置，炮眼间距一般为0.3m ～0.5m，炮眼深度与辅助眼相同，炮眼角度要求作到均匀一致，炮眼孔底应落到巷道轮廓线外50mm 处，眼底应落在同一个竖直面上，使爆破后巷道成形好，断面整齐，应力分布均匀。

4.放炮安全技术措施

(1)当该石门工作面经预测为突出危险工作面，采取抽放钻孔抽放，并经效果检验措施有效后，在该石门工作面掘进至距煤层最小垂距1.5m 时，采用远距离放炮揭穿煤层。

(2)该石门工作面作业放炮都采用远距离放炮。加强瓦斯管理，严格执行“一炮三检制”、“三人连锁放炮制”和“三牌交换制”。

(3)石门工作面距煤层法线距离1.5m 开始，钻机施工防突孔时掘进工作面人数不超过3 人(其中钻工2 人，防突员1 人)，瓦斯检查员除例行检查外，其余时间在1 回风石门与上部车场联络巷检查巷道瓦斯，在1 回风石门与上部车场风流汇合口检查风流中的瓦斯浓度变化情况，发现异常立即撤出人员并向矿调度室汇报。

(4)远距离放炮打眼、装药、联线、放炮必须遵守以下要求:

①打钻时，若遇喷孔、卡孔、顶钻、瓦斯超限等突出预兆时，立即停止作业，撤出人员。卡钻时不可用力向外拉出钻杆，以防发生突出。

②放炮前，对所有钻孔和在煤体中形成的孔洞严密地封闭至孔口，孔内用炮泥充实。

③放炮采用3 级煤矿安全炸药和矿用1 ～5 段毫秒延期电雷管，采用大串联方式联线，并实行全断面一次性爆破。

④由于起爆距离较长，采用截面积不小于2.5mm2的胶质铜芯线作为放炮母线，分开悬挂整齐，放炮母线严禁有明接头。

⑤起爆工作由专职爆破工担任，并固定在该工作面不得随意更换。

(5)远距离放炮起爆地点排矸平硐外。放炮前，撤除井下所有人员。

(6)远距离放炮前，切断1 回风石门和采区回风道内的所有电源，并在1 回风石门与上部车场的巷道交叉口内设置栅栏、揭示警标、严禁人员入内等醒目标志。

5.远距离放炮的准爆条件

由于放炮距离远，放炮母线铺设线路长，线路电阻大。为了保障远距离放炮一次起爆成功，爆破联线方式采用串联，其特点是流过各个雷管的电流相同，若电路中任何一个雷管桥线断开或任何一处未接通，整个电路处于断路状态，雷管不会引爆。要做到全部雷管都能引爆，各个串联雷管的准爆电流按下式计算:

式中:I——串联雷管的准爆电流，单位:A;

E——放炮器电源电压，单位:V;

n——雷管总数，单位:个;

r——每个雷管的电阻，单位:Ω;

r0——放炮器电源内阻和母线电阻之和，单位:Ω;I0——准爆电流，一般取1.2A。

(二)揭煤眼施工及注意事项

1.揭煤技术要求

(1)揭煤眼施工，每班生产技术部、地质测量部和通防部部门派人、救护队员3 人、施工队长或技术员现场值班。

(2)必须保证揭煤眼质量，打眼前，由项目部技术负责人在迎头断面上按照炮眼布置图，用红漆标出眼位。

(3)揭煤眼施工时，瓦斯检查员应随时检查瓦斯，掌握其变化情况，工作面瓦斯浓度小于1.0%才能施工。

(4)从距煤层法线3m 处开始对巷道进行架厢支护，直至巷道全部进入顶板岩体2m 为止，支护方法由生产技术部设计。

(5)工作面出现煤与瓦斯突出征兆，必须立即停止作业，人员全部撤到地面，并及时汇报调度室，待制定处理措施后方可重新打眼。

2.装药、联线

(1)选用近期出厂的三类煤矿安全炸药和毫秒电雷管1 ～5 段，雷管的总延期时间不得超过130ms，禁止跳段使用。爆破使用的电雷管在爆破前，由物质供应部负责进行精选及雷管导通测试，雷管间的电阻值偏差不得超过±0.4Ω。

(2)安监处、通防部、救护队、施工队领导现场值班。

(3)装药、连线、平衡电阻工作中，瓦斯检查员必须同时在现场随时检查工作面瓦斯浓度，发现瓦斯超限必须停止作业。当工作面及回风流中的CH4浓度在1%以下，CO2浓度在1.5%以下时，方能作业。

(4)装药前，必须将炮眼内煤、岩粉吹干净;所有炮眼都必须靠炸药装填1 ～2 个水炮泥，水炮泥外必须用黄泥填满封实。装药结束后，工作面原打的非揭煤用的孔、眼必须用水炮泥或黄泥堵严。

(5)加长的雷管脚线要有区别标记，防止装药联线过程中错接雷管脚线，从而引起短路造成瞎炮。雷管的段数应严格分清，药包一律采用正向装填，装药、联线只能由爆破员完成。

(6)雷管的分组和平衡电阻工作由现场指挥负责。对每组的电阻用电雷管导通表进行检查和测定，使每组的电阻基本平衡。

(7)电雷管串并联线完毕(尚未与放炮母线联结前)必须再用电雷管导通表进行检查，确认网路导通，电阻值符合规定，方可与放炮母线相接，并在起爆点用电阻仪测定爆破网路总电阻，要求电阻值不得超过计算电阻的30%。

(8)机运部必须在放炮执行点安设一部电话机，并保证线路畅通。

(9)装药、分组、平衡电阻、联线等工作完成，由现场指挥在放炮执行点向揭煤指挥组长(在调度室)汇报。

(10)装药前，施工队应安排人员将工作面附近50m 范围内的各种设备、材料运走，防止飞石打烂材料、设备。

3.爆破执行地点及停送电撤人范围

(1)爆破执行地点

+660m 排矸平硐的压风机房处。

(2)撤人范围及要求

项目部负责人负责员撤除，安监处、救护队负责安排搜索、撤人，将井下所有人员全部撤到井口外。救护队员派人待命在主平硐口和+660m 排矸平硐放炮点。人员已全部撤出后立即向矿调度室汇报，调度室对各警戒点站岗人员进行核实，并通过人员定位系统对井下人员清查，确认井下无人员。

(3)停送电范围

A 停电范围:远距离爆破前，切断1 回风系统所有作业区域供电。

B 送电范围:8 小时后经检验无突出危险后方可恢复1 回风石门作业点的动力供电。

若发生瓦斯异常或煤与瓦斯突出，其恢复送电范围由领导小组研究确定。

(三)爆破

1.执行远距离爆破的工作人员、救护队员等所有人员撤至+660m 北排矸平硐井口外放炮执行点，其他人员撤到主平硐井口外。

组长在接到撤人、警戒、停电和全部爆破准备工作已完成的报告后，方可下达爆破命令。

2.若起爆不成功，放炮员应立即责令将联接发爆器的放炮母线摘下，并扭接短路，同时报告调度室。组长接到放炮未成功的报告后，指派专人在放炮执行点守护，禁止无关人员进入放炮警戒区域;放炮员、瓦斯检查员和班组长查找原因。检查到工作面时，如果出现瓦斯浓度超过1%的情况，班组长必须立即向调度室汇报，请示进行处理意见。当瓦斯浓度在1%以下，方能继续处理放炮母线故障，查出原因并处理好后，向调度室汇报。人员回到启爆点后，再次向调度室汇报，请求执行爆破作业。

3.爆破后必须立即将爆破母线摘下，并扭接短路。

4.在1 回风石门揭开8－2号煤层8 小时后，方可进行清理浮煤矸和支护工作(严禁清理原生煤体)。如要清理原生煤体，必须先对原生煤体进行煤与瓦斯突出危险性预测预报，在预测为无突出危险工作面时，防突工必须填写突出危险效果检验单，报通防部和总工程师批准后，在采取安全防护措施的前提下，方可清理原生煤体。在清理原生煤体的过程中，随时注意揭煤前后20m 范围内的支护变化情况，一旦发现异常，立即停止作业，撤除人员，观测瓦斯、温度等变化情况，无瓦斯增大、空气变冷等情况，方能恢复作业。