煤矿坚硬厚煤层综放开采顶煤弱化技术

煤矿坚硬厚煤层综放开采顶煤弱化技术

弥刚张坤

陕西华彬煤业股份有限公司陕西咸阳712000

摘要：为解决某矿B1煤层1101工作面综放开采顶煤强度高，冒放性差的问题，在顶煤中布置走向工艺巷，对顶煤实施了深孔预裂爆破弱化试验，研究了B1煤层坚硬顶煤深孔预裂爆破的理论技术。研究结果表明：深孔预裂爆破降低了顶煤整体强度，提高了顶煤裂隙发育程度，顶煤破碎块度明显减小，顶煤冒放性得到增强，工作面回采率由55%提高至83%，煤炭资源达到充分回收。工艺巷沿走向布置的顶煤深孔预裂爆破弱化方式是提高特厚坚硬煤层综放开采顶煤冒放性和回收率的有效方法。

关键词：综放开采；特厚坚硬顶煤；深孔预裂爆破

1前言

综采放顶煤由于其安全高效等巨大优越性，我国特厚煤层开采基本上都首选放顶煤开采工艺。某矿B1煤层坚硬完整，f为2.5～3.5，仅靠支承压力不能使顶煤破碎，破碎块度大，导致顶煤回收率低。对于坚硬且裂隙不发育煤层而言，应用综放开采技术时，首先应利用人工手段使顶煤在工作面前方一定距离外适度破碎，然后利用矿山压力作用使已破裂的顶煤再次破碎，以期达到顶煤在支架上方充分垮落和顺利放出的目的。当前生产技术条件下，提高B1煤层顶煤冒放性及回收率主要方法是注水扩裂和深孔预裂爆破弱化。B1煤层本身坚硬完整，裂隙不发育，注水困难，因而适应性较差。因此，采用超前工作面煤壁前方对顶煤实施深孔预裂爆破弱化方案。在顶煤中实施一条专用爆破工艺巷，向两侧施工钻孔进行深孔预裂爆破，使顶煤顺利放出，最终实现了对坚硬特厚煤层的安全高效开采。

2工作面概况

1101工作面开采B1煤层，B1煤层埋深200m～300m，倾角25°～26°，煤厚8.27m～23.50m，平均煤厚12.0m；煤层结构简单，无夹矸；煤层具有自然发火倾向，自然发火期为3～6个月；煤尘具有爆炸危险性。直接顶为厚度27.28m的泥岩，基本顶为厚度8.95m的泥岩。1101工作面采用走向长壁后退式综放开采，推进长度1300m，面长70m。设计采高3.0m，放煤厚度9.0m，采放比1∶3。工作面配置ZF6800/18/35型掩护式双输送机低位放顶煤基本支架37台，ZFG7200/20/36型过渡支架6台，ZFTQ13782/24/38型前端头支架1台，ZFTQ18376/24/38型后端头支架1台。

3坚硬顶煤深孔预裂爆破弱化试验方案设计

3.11101综放工作面开采方案

根据B1煤层顶板力学特征，煤层特性，结合地质条件相类似综放开采经验，确定1101综放工作面开采方案为：

在B1煤层顶煤中布置一条工艺巷，超前工作面煤壁前方35m进行深孔预裂爆破工作，然后进行综放低位放煤正常开采。放煤步距为“三采一放”，放煤顺序为“多轮、间隔、等量、顺序”放煤。

3.2工艺巷布置

沿B1煤层底板布置1101运输巷和回风巷，然后开切眼布置综放工作面。沿B1煤层顶煤距顶板下方1.0m处布置一条工艺巷，工艺巷与运输巷和回风巷距离均为35m，工艺巷宽度2.8m，高度3.0m，长度1300m，采用锚网支护。

3.3爆破参数确定

在工艺巷内超前工作面煤壁前方35m进行深孔预裂爆破，向两侧打钻布置大直径炮孔，采用扇形布孔方式，一排共6个炮孔。炮孔排距3.0m，孔口距0.5m，上层孔孔底距顶板1.0m，下层孔孔底距底煤2.0m，中间孔孔底距上、下层孔孔底均为3.0m。工艺巷与两侧巷道保留10m煤柱。

钻孔直径为80mm，使用2号煤矿许用抗水铵锑炸药，药卷规格为60mm×350mm，重量1.0kg/卷。采用正向不耦合装药结构，不耦合装药系数为1.3。单个炮孔采用双雷管、双导爆索起爆，并联方式连接，孔与孔之间为串联方式连接。采用潮湿黄土，快硬水泥卷和木楔封孔，封孔长度为孔深的18%～25%。一次起爆3～4排炮孔。

3.4爆破试验方案

实施1101工作面顶板初次来压以后，第1～2个周期来压作为过渡，第3～4个周期来压顶煤不进行爆破作业，第5个周期来压开始全面实施顶煤爆破弱化工作。先后试验3种方案，试验总长度约100m。

方案Ⅰ（从全面爆破算起30m范围）

在工艺巷内垂直工作面走向方向呈扇形布孔，每排6个炮孔，编号分别为：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5和1-6。1-1孔与工艺巷成35°～40°；1-2孔与工艺巷成10°～15°；1-3孔与工艺巷成30°～35°；1-4孔与工艺巷成20°～25°；1-5孔与工艺巷成25°～26°；1-6孔与工艺巷成25°～26°。炮孔排拒3.0m，上层孔距顶板1.0m，下层孔距底煤2.0m，孔口距0.5m，孔底距3.0m。

方案Ⅱ（从全面爆破算起30～60m范围）

根据方案Ⅰ的试验情况，从第11排炮孔开始，将炮孔排距由原来3.0m调整到4.0m。同时将1-2、1-4、1-6孔的长度适当增加2m～3m，将1-1、1-3、1-5孔的长度适当增加1m～2m。

方案Ⅲ（从全面爆破算起60m～100m范围）

根据方案Ⅰ和方案Ⅱ的试验情况，从第21排炮孔开始，炮孔排距由原来的4.0m调整到5.0m。同时将1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6孔均进行了不同程度的加长，加长量1m～2m。分别统计各方案实施阶段内顶煤回收率、顶煤冒放性和顶煤冒落块度，优选爆破方案。

3.5预裂爆破试验效果监测

工作面回采率和顶煤采出率统计分析。从工艺巷每5m～10m测定一次顶煤厚度，每天根据工作面产量、推进度和采高，计算出当天的顶煤采出率和工作面回采率，并分析变化情况及原因。

顶煤垮冒块度和垮冒特征的监测。沿工作面倾斜方向，每5台支架从架间间隙观测顶煤破断线位置和垮落角并记录，观测放出顶煤的块度变化，统计大块、特大块及其堵卡放煤口的个数，对典型放煤口的放煤时间，轮数，煤流持续时间进行观测。对采放工艺配合及放煤步距，放煤时间等回采工艺参数进行监测分析。

4结束语

根据统计分析比较，1101综放面实施顶煤爆破方案后，工作面采出率有了大幅度提高，工作面采出率达到85%，顶煤冒放性和冒落块度也得到明显改善。

参考文献

[1]刘洋何川昌珺.坚硬厚煤层综放开采顶煤弱化技术的探讨[J].山东煤炭科技.2011（08）

[2]吴永平.大同矿区特厚煤层综采放顶煤技术[J].煤炭科学技术.2010（11）