1410工作面頂煤弱化技术探索与应用.docVIP

1410工作面顶煤弱化技术探索与应用 王合涛 赵志刚 周青帮 (河南煤业化工集团 鹤煤八矿 河南鹤壁 458008) 摘要：鹤煤八矿1410工作面顶煤普氏硬度系数f≥1.3，为了提高煤炭回收率，特意对顶煤弱化技术进行了专项研发，主要通过高压注水和预裂爆破两种方式进行了技术探索和应用，经过回采两个月的回采顶煤回收率提高28%，此技术能够实现对顶煤的有效弱化，能够指导科学和经济并重指导安全生产。 关键词：顶煤弱化；高压注水；爆破预裂；煤炭回收率 鹤煤八矿1410工作面在经河南理工大学现场测定后，残存瓦斯压力P＜0.74Mpa，综合指标D为负值，瓦斯抽放率达到48.1%＞30%，工作面预抽期9—12个月，所测煤层瓦斯含量为5.55—6.55m3/t，已消除了突出危险，可实行全层放顶煤开采，从而保证工作面的正常接替和矿井的均衡生产，经过设计和掘进布置后决定对其进行回采。但经过煤层取样试验测得其普氏硬度系数f≥1.3，为了实现对顶煤的有效弱化和增加煤层发育裂隙程度，从而提高煤炭回收率，减小施工难度和劳动强度，改善作业环境，因此特意对顶煤弱化技术进行了积极的探索和应用。[1] 一、工作面概况 1410工作面属回采煤柱工作面，位于井田的北部－195水平(该水平回采时矿井类型未定为煤与瓦斯不按防突区域管理)，下部为F51断层，南边是12F2断层，北边是六矿边界，地面标高140.59-152.92m。本采区的主采煤层为山西组下部二1煤，走向NE转向NW长260m，倾向SE转向NE长120m，倾角24°～26°，平均25°，煤层结构简单，平均厚度6.5米，属坚固煤，且局部有夹矸。[2] 二、技术方案 （一）高压注水 1、原理：对煤体进行高压注水主要是通过改变煤体的物理机械特性，压力水进入煤体后沿弱面流动，起到压裂和冲刷作用，以及水对裂隙尖端的楔入作用（即水楔作用），使煤体原始发育裂隙扩大产生了新的裂隙，从而破坏其整体性。[3] 当煤质较坚硬时，可通过钻孔在上下两巷走向方向和工作面倾向方向对煤层进行高压注水，压力水对煤体产生物理和化学作用，改变煤体物理力学性质，降低煤层冲击倾向性，达到降低煤体硬度的目的使坚硬的煤层成为可垮落煤层。 煤体高压注水在开始阶段保持泵压持续上升，当达到破裂压力（泵压初上升达到的最高值，一般为20MPa 左右）后，泵压突然下降5-10MPa，并相对稳定在此时的泵压值上，这表明煤体被压裂，裂隙开始扩展。 2、化学作用： ①压力水对煤体中的一些软弱结构面起着润滑剂的作用，使煤体的抗剪强度降低； ②压力水对煤岩体内的某些矿物有溶解作用，矿物溶解后形成裂隙，压力水又可沿裂隙楔入，形成新的裂隙，循环往复，使煤岩强度降低； ③煤和某些夹矸软岩吸水后会膨胀甚至崩解，吸水量越多，体积膨胀量越大，表面变形量也随之增加，这种膨胀力作为一种附加应力作用于煤岩体上从而使其变形以至破坏。[3] 注水方式： ①在工作面上顺下帮沿走向间隔5～8m，打注水孔仰角+5°,距底板1m，孔深60m,孔径Φ42mm（如图所示），进行本煤层顺层注水, 泵站压力不小于10Mpa，注水至上顺下帮煤壁或相邻注水孔渗水为止。 ②按循环进度每推进一排，在工作面从上安全口向下2m开始，距底板1.5m,每隔3m打一个注水孔，仰角+30°孔深6m,孔径Φ42mm（如下图所示），沿工作面倾向方向注水，泵站压力不小于12Mpa，注水至煤壁、工作面煤顶或相邻注水孔流水为止。 （二）爆破预裂 1、原理：此方案主要利用大直径空孔作为爆破预裂的位移补偿空间和自由面进行深孔预裂爆破,以便在顶煤中产生预裂隙；然后再充分利用顶煤运动变形的主动力--矿山压力的二次作用进一步破裂煤体和使预裂隙进一步扩展、贯通，增大裂隙密度和裂隙范围；再经支架反复支撑作用和煤体自重力作用使顶煤达到充分破碎。[4] 2、方式：我矿主要采用了煤体内深孔预爆破和工作面顶煤松动爆破相结合的方式。煤体内深孔预爆破是在沿底掘进工作面上下两巷距离煤壁10m(大于支承压力影响区)向外的位置，距巷道底板1m，眼深60m，间距20m，下顺上帮打仰角+30°，上顺下帮打俯角-5°，上下顺交替采用大直经（Φ42mm）向煤体内打孔，利用乳化炸药进行深孔爆破预裂。[5] 由于我矿属于煤与瓦斯突出矿井，所以对工作面顶煤的松动爆破主要在放煤过程中出现煤顶不垮落等严重影响回采进度的现象时作为应急手段使用。其技术方案如下： ①在打松动爆破眼和进行松动爆破前，必须对工作面要松动地段及上下5米范围内所有支架重新加固，严格按照煤矿安全规程相关要求执行； ②打松动爆破眼从上向下每3m一个，炮眼的开口位置距采空区侧梁头每个不少于0.6m。松动爆破眼垂直顶板，眼深3～4m（松动爆破眼的眼底距顶板不少于0.5m）每眼装