综放工作面顶板深孔预裂方案和设计.docx
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综放工作面顶板深孔预裂方案和设计
1208综放工作面顶板深孔预裂方案
总工程师:
安全副总:
安监处:
机电部:
通风部:
调度室:
地测办:
生产技术部:
编制:
生产技术部
2017年1月
1引言
潞安集团公司司马煤业共实施位于长治县境内、沁水煤田的东部,井田南北长约6km,东西宽约6km,面积29.494km2,为潞安矿业集团现代化生产矿井。
主采煤层为下二迭系山西组3#煤层,煤层厚度5.47m-7.80m,平均6.62m,倾角平均4°左右,采煤方法为综采放顶煤一次采全高、全部垮落法管理顶板。
1208工作面开采煤层属下二叠统山西组下部的三号煤层,该煤层赋存稳定,煤厚变异较小,煤层结构较简单。
煤体以黑色、块状为主,粒状次之,亮煤为主,夹镜煤条带,煤质为贫瘦煤。
煤层厚度稳定,煤厚为6.39m。
由于该工作面直接顶为砂质泥岩,厚度达10.1米,老顶为中粒砂岩、粉砂岩及砂质泥岩,厚度达7.94米,致密坚硬,老顶初次垮落步距为30~45m,回采过程中会造成顶板不易垮落,形成大面积悬顶。
工作面顶板采空区悬顶面积过大,会给安全生产带来隐患。
其危害主要如下:
(1)采空区悬顶面积大,工作面漏风严重、煤壁片帮;
(2)由于采空区顶板悬空面积大,突然大面积垮落时易导致工作面瓦斯超限,且产生的冲击气流也对工作面的人员造成安全威胁;
(3)采用放顶煤开采,采空区悬顶面积大时顶板初次垮落前顶煤破碎,支架不接顶,推溜、移架困难,对支架等设备威胁更大。
(4)突然大面积垮落对支架的冲击破坏性大,支架立柱下缩量在短时间内急剧增大,甚至被压死、压坏支架。
可见,有必要对1208综放工作面顶板进行弱化处理。
2工作面概况
2.1工作面位置及四邻情况
1208工作面开采3#煤层,工作面设计可采长度为1246.64米,工作面切眼长为200米。
1208工作面四邻情况为:
东部为1207工作面,西部、南部为未采区,北部为二采区三条采区大巷、再向北为正在回采的1211工作面。
1208工作面地面位置为:
北为我公司1210工作面塌陷区,东临鲍村富生糠醛厂,东南为鲍村新建矸石砖厂,长治县新建大棚位于工作面中部地面上。
1208工作面地面区域该区域耕地涉及看寺村、鲍村两个村庄。
2.2地质概况
2.2.1煤层情况
1208综放工作面开采煤层属下二叠统山西组下部的3#煤层,煤层平均厚度为6.39m,该煤层赋存稳定,煤厚变异较小,煤层结构较简单。
煤体以黑色、块状为主,粒状次之,亮煤为主,夹镜煤条带,煤质为贫瘦煤。
2.2.2顶底板情况
工作面煤层顶底板特征表如表2-1所示。
表2-1工作面煤层顶底板特征表
序号
顶底板
岩石名称
层厚/m
岩性描述
1
老顶
细粒砂岩
1.93
灰黑色,块状,泥质结构,含有植物化石,断口平坦。
2
粉砂岩
5.01
灰黑色,块状,泥质结构,含大量云母煤屑。
3
中粒砂岩
1.00
灰白色,块状,矿物成分以石英为主,含云母,煤屑及暗色矿物。
4
直接顶
砂质泥岩
10.1
灰黑色,块状,泥质结构,含有植物化石,断口平坦。
5
直接底
砂质泥岩
1.26
灰黑色,块状,泥质结构,含大量云母煤屑。
6
老底
粗粒砂岩
1.41
灰白色,中厚层状,块状,含有大量的煤屑云母片。
2.2.3地质构造情况
根据《1208工作面掘进地质说明书》等地质资料可知,1208工作面位于二采区西南部,工作面总体地势东高西低,为向西北倾斜的单斜构造。
根据1207地质资料,1208工作面预计存在5个从1207延伸过来的正断层,分别为位于1208运巷745米,767米,836米,603米,1035米处的F33正断层(走向304°、倾向214°、倾角55°、落差1.4米)、F34正断层(走向287°、倾向197°、倾角61°、落差1.1米)、F35正断层(走向131°、倾向41°、倾角45°、落差1.3米)、F28正断层(走向218°、倾向128°倾角50°落差1米)和F29正断层(走向218°、倾向128°、倾角50°、落差3.3米),上述断层均不导水、不含水。
另外根据地面物探资料,1208工作面内不存在陷落柱、大型断层等异常地质构造,但不排除工作面内局部地段煤、岩层起伏变化,并可能伴生有小型褶曲等地质构造。
2.2.4水文地质情况
1208工作面直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层,该含水层赋水性一般较弱。
我矿奥灰水位标高为+634m—+638m,预计1208工作面掘进范围内底板标高为+543m—+560m,低于矿井奥灰水位标高,所以1208工作面已全部进入奥灰水承压区;经计算工作面范围内突水系数为0.015-0.017MPa/m,远小于煤矿防治水规定的存在构造地段的0.06MPa/m,所以一般不会受到奥灰水承压的影响。
根据已有地质资料显示,本工作面范围内地质条件较为复杂,小型断层比较多。
工作面内煤层起伏变化较为明显,在断层附近和褶曲转折端容易造成煤层及顶板裂隙发育,可能出现顶板锚索淋水现象。
从二采区1206和1207掘进情况分析,工作面正常涌水量5m3/h左右,考虑到在遇异常地质构造情况时可能造成涌水量突然增大,预计最大涌水量为20m3/h左右。
2.3工作面巷道布置及支护
2.3.1工作面巷道布置
1208工作面由南向北,沿走向方向推进。
工作面位于二采区西南部,东部为1207工作面,西部、南部为未采区,北部为二采区三条采区大巷、再向北为正在回采的1211工作面。
工作面切眼设计长度为200m,工作面运巷设计长度为1311.87m、风巷设计长度为1531.81m。
煤层总厚度6.39m。
1208工作面采用U型+高抽巷布置,运巷、风巷、切眼均沿煤层底板掘进,为煤巷,均为全锚网支护;高抽巷为岩巷掘进。
2.3.2工作面巷道支护特征
工作面巷道支护状况表如表2-2所示。
表2-2巷道支护状况表
巷道
名称
支护
形式
支护规格
(m)
净断面
(m2)
锚杆排距
(m)
安装设备
运巷
全锚网
矩形5.2×3.2
16.64
0.95*0.9
电气列车
胶带输送机
风巷
全锚网
矩形5.0×3.2
16.00
0.9*0.9
运输绞车等
切眼
联合支护
矩形7.8×3.2
24.96
0.8*0.9
高抽巷
全锚网
矩形
4.5×3.2
(3.0×3.0)
14.40
(9.00)
0.9*1.0
2.4采煤方法及回采工艺
2.4.1采煤方法
1208工作面采用走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤一次采全高全部垮落采煤法。
工作面采用MG300/700-WD采煤机,工作面切眼长200m,采高3.2±0.1m,循环进度0.8m,放煤高度3.19±0.1m,放顶煤区段平均为185m,底煤回收率不低于98%,顶煤回收率不低于90%,“一采一放”为一循环。
2.4.2回采工艺
1、进刀方式:
1)本工作面采用端部割三角煤斜切进刀,进刀距离45m。
2)移架滞后采煤机后滚筒5m进行,实行追机作业,顺序移架。
3)推前部输送机在移架后,滞后采煤机15m进行,拉后部输送机滞后放顶煤20m进行。
2、放煤方式:
采用三人顺序放煤法
3、放煤步距:
0.8m,即一采一放
4、采煤工艺详细说明及要求:
(1)采煤机割煤、装煤→移架→推前溜→放煤→拉后溜→后方顶板自行垮落→进入下一个循环
(2)回采工艺说明:
A割煤、装煤、运煤
工作面采用MG300/700-WD型双滚筒电牵引采煤机(滚筒截深0.8m,直径1.8m,牵引速度0~8m/min)。
正常割煤时,前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤。
采煤机滚筒旋转时,煤被滚筒上的截齿破碎,并由螺旋叶片装入前刮板输送机,少量煤在推前刮板输送机时被铲煤板装入前刮板输送机内,极少量散落在支架与前刮板输送机间的浮煤,由人工装入前刮板输送机。
工作面采煤机割下的底煤和支架放下的顶煤分别由前后两部刮板输送机运至端头卸载,经转载机由胶带机运出。
割煤工序质量要求:
①割煤时要求不留底煤,保证采高为3.2±0.1m,割煤后煤墙成一直线。
②采煤机牵引速度要均匀,不得过载运转,不得强行牵引,不得频繁启动,并注意观察大溜运行情况,严防压溜事故。
③司机要随时观察顶底板情况,及时调整工作面采高。
严防漂刀、啃底。
保证大溜平整度。
④仰斜开采时,司机要根据底板变化情况及时调整采高,防止采高过低造成机组无法通行,并注意及时打出逼帮板,防止煤墙片帮。
⑤俯斜开采时,司机要根据底板变化情况及时调整采高,防止采高过高、支架接顶不实,造成架前漏顶、冒顶事故。
B移架
工作面采用ZFS7000-19.5/38型低位放顶煤液压支架管理顶板,操作方式为手动,本架操作,实行追机作业,顺序移架。
移架滞后采煤机后滚筒5m进行,当局部煤墙片帮较深或顶煤较破碎时,可跟采煤机前滚筒移架,及时移架控制顶板。
移架步距0.8m。
操作顺序为:
收防片帮板、侧护板→落后柱→落前柱→落前梁,然后以前部输送机为支点,向前移架;移架后,立即升紧前、后立柱、前梁,再打出护帮板、侧护板;最后将各手把复零。
工作面顶板破碎时,先收护帮板、侧护板,稍降后柱,再扳下移架手把向前移,再点动降前柱、前梁,直至支架向前移时停止降前柱和前梁;到位后,将移架手把复零,先升后柱,后升前柱、前梁,再打出护帮板、侧护板;最后将各手把复零。
工作面移架期间,后部输送机应保持常开状态。
移架工序质量要求:
支架成直线、仰角不得大于7o,支架错差不超过侧护板2/3,接顶良好,初撑力达规定要求,不得小于24MPa。
C推前部输送机、拉后部输送机
推前部输送机在移架后,滞后采煤机15m进行,拉后部输送机滞后放顶煤20m进行。
推前部输送机、拉后部输送机必须单方向进行,严禁从两端头同时向中间拉。
推前部输送机、拉后部输送机时,要求相邻五组支架推(拉)千斤顶顺序逐步动作,运输机不能出现急弯,必须保证运输机平、直、稳,弯曲长度不小于30m。
推拉完毕,手把回零,必须保证前、后部输送机成直线。
严禁停机时进行推(拉)工作,防止卡、漂链事故的发生。
推移机头、机尾时必须停机作业。
D放顶煤
移过支架,工作面后部输送机正常运转后,方可进行放顶煤作业。
一旦输送机停止运转,立即停止放煤。
(1)初次放顶煤:
工作面回采初期,顶煤比较完整,放煤较困难。
为提高放煤回收率和尽快达到放煤标准,可采取以下措施:
放慢割煤速度,增加顶煤空顶时间;反复升降支架,迫使顶煤与直接顶离层;两端头附近的煤可同时升降支架,使顶煤破碎跨落。
(2)正常放煤:
①放煤工艺:
采用三人顺序放煤法②放煤步距:
0.8m,即一采一放③放煤操作:
收回插板,操作尾梁千斤顶,使尾梁收到适当位置(保证放出的顶煤落入后部输送机中)。
可多次反复伸收尾梁和插板,使大炭破碎。
放煤结束后收起尾梁,伸出插板,对后部输送机进行遮掩,防止大块矸石落入后部输送机。
支架反复支撑等综合作用松动顶煤,通过摆动尾梁和伸缩插板机构实现控制放煤块度和挡矸作用。
第一放煤工首轮放出的煤量不少于顶煤的1/3~1/2;相隔10~20架,(每名放煤工要逐架顺序放煤)第二名放煤工进行第二轮放煤,见矸停放。
第三名放煤工检查前两名的放煤情况,将没有放好的进行补充放煤,并将支架调直。
放煤工序质量要求:
放煤时,必须三个专职放煤工操作。
放煤时,时刻掌握后部输送机煤量大小,防止压溜事故产生。
随时注意煤流中矸石涌出情况,见矸停止放煤,确保煤炭回收率,严格控制含矸率。
放煤完毕,及时伸出插板控制矸石。
E清煤:
清煤滞后推溜10~15m进行,要将前溜溜槽至支架底座周围及支架内的浮煤全部清净,装入前部输送机。
工作面放完煤后,要将支架间的浮煤清入输送机。
F外移转载机:
工作面割煤一刀,转载机外移一次。
转载机外移采用MY800型转载机快速推移装置,利用摩擦力、互为支点,迈步推移。
G缩短胶带输送机作业:
缩短胶带输送机作业采用胶带机机尾自移装置进行胶带缩短作业。
缩短胶带输送机作业程序及要求:
①将胶带输送机开空后,闭锁胶带输送机开关。
松开张紧绞车,取出胶带输送机H架,连接槽钢、上下托辊等。
②液压千斤顶支撑转载机机头部分。
③使用胶带输送机机尾自移装置拖移机尾架至合适位置。
④张紧绞车张紧胶带,试运转。
3顶板深孔预裂爆破方案
3.1炮孔布置
1208工作面共施工炮孔44个,施工炮眼总长796.01m;装药总长度386.83m;封泥长度248.77m。
其中:
(1)1208工作面切眼爆破炮孔布置
1208工作面切眼长200m,共布置29个炮孔:
分别用A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A备1、A10、A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、A备2、A19、A20、A21、A22、A23、A24、A25、A26、A27表示。
炮孔距开切眼煤墙帮1.0m处顶板打眼,炮孔轴线方向与切眼轴线方向平行。
炮孔仰角见附图(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角)。
工作面切眼切断爆破中施工炮眼总长527.71m;装药总长度293.5m;封泥长度197.55m;其中A备1、A备2炮孔为备用孔,不进行装药,在其它炮孔出现问题无法使用时再进行使用。
(2)运巷、风巷爆破炮孔布置
在风巷施工炮孔7个(F1、F2、F3、F4、F5、F6、F备、)。
F1(F6)、F2(F5)孔口距风巷外帮1.0m,距切眼内帮分别16.0m、15.0m,炮孔轴线方向与风巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为45°、35°;F3、F4孔口距风巷里帮1.0m,距切眼内帮5.0m,炮孔轴线方向与风巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为35°(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角)。
F备孔口距风巷里帮2.5m,距切眼内帮16.0m,炮孔轴线方向与风巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为45°。
风巷爆破中施工炮孔总长132.09m;装药总长度62.54m;封泥长度51.08m,其中F备炮孔为备用孔,不进行装药,在其它炮孔出现问题无法使用时再进行使用。
在运巷施工炮孔5个(Y1、Y2、Y3、Y4、Y备)。
Y1、Y2孔口距运巷外帮1.0m,距切眼内帮分别16.0m、15.0m,炮孔轴线方向与运巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为45°、35°;Y3、Y4孔口距运巷里帮1.0m,距切眼内帮分别16.0m、15.0m,炮孔轴线方向与运巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为45°、35°(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角)。
Y备孔口距风巷里帮2.6m,距切眼内帮16.0m,炮孔轴线方向与风巷轴线方向平行,炮孔仰角分别为45°。
运巷爆破中施工炮孔总长84.93m;装药总长度33.54m;封泥长度32.92m,其中Y备炮孔为备用孔,不进行装药,在其它炮孔出现问题无法使用时再进行使用。
工作面设计炮孔参数与装药量见表3-1所示。
炮眼布置见附图所示。
3.2炮孔装药量及爆破
根据炮孔设计方案进行打孔,装药、联线和爆破。
放炮使用BF-200型起爆器,分组装药、分次爆破。
一茬炮联线采用“局部并联,总体串联”的方式进行,每次起爆最多不能超过3个炮孔。
起爆顺序从切眼的风巷向运巷方向:
A1、A2、A3→A4、A5、A6→A7、A8、A9→A10、A11、A12→A13、A14、A15→A16、A17、A18→A19、A20、A21→A22、A23、A24→A25、A26、A27,运巷及风巷的起爆顺序为:
先起爆运巷Y1、Y2→Y3、Y4,然后起爆风巷F3、F4→F1、F2→F5、F6炮孔装药爆破。
表3-11208综放工作面顶板深孔预裂各炮孔参数与计算装药量表
炮孔编号
炮孔长度/m
仰角/°
孔径/mm
计算装药长度/m
计算装药量/kg
计算封泥长度/m
备注
1208工作面切眼
A1
14.47
45
80
7.24
21.72
7.23
A2
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A3
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A4
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A5
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A6
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A7
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A8
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A9
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A备1
18.33
45
80
A10
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A11
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A12
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A13
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A14
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A15
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A16
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A17
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A18
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A备2
18.33
45
80
A19
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A20
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A21
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A22
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A23
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A24
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A25
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A26
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
A27
18.33
45
80
11.01
33.03
7.32
1208运巷
Y1
18.47
45
80
11.09
33.27
7.38
Y2
14.76
35
80
5.68
17.04
9.08
Y3
18.47
45
80
11.09
33.27
7.38
Y4
14.76
35
80
5.68
17.04
9.08
Y备
18.47
45
80
1208风巷
F1
18.47
45
80
11.09
33.27
7.38
F2
22.74
35
80
13.66
40.98
9.08
F3
15.6
35
80
6.52
19.56
9.08
F4
15.6
35
80
6.52
19.56
9.08
F5
22.74
35
80
13.66
40.98
9.08
F6
18.47
45
80
11.09
33.27
7.38
F备
18.47
45
80
总计
744.73
389.58
1168.74
281.55
备注
1、设计需炸药1200kg。
以上按药卷规格为Φ60×500mm。
2、导爆索1600m。
3.3施工机具和火工品
1、炮泥采用PN-A型炮泥机制成,炮泥规格Φ60mm×200m,用黄土制作。
2、爆破所用炸药为三级煤矿许用乳化炸药,药卷规格为Φ60×500mm,1.5±0.1kg/卷;所用雷管为煤矿许用8#瞬发电雷管;导爆索采用煤矿许用导爆索,导爆索是以太安、黑索金炸药为药芯、用棉线和塑料编织丝等作包缠物,并以塑料为防潮层组成,规格为Φ6.0±0.3mm,爆速≥6000m/s。
深孔爆破装药炮棍规格为:
Φ40mm×1000mm套接的胶木炮棍。
4安全技术措施
4.1一般安全技术措施
1、爆破期间成立领导组
(1)公司领导成立领导组
组长:
生产副总经理
副组长:
总工程师、安全副总经理、机电副总经理、通风副总经理
组员:
副总工程师、各生产业务部室部长
(2)队领导组
组长:
队长、支部书记
副组长:
安全队长、机电队长、技术员
组员:
跟班队干、班组长
2、本次爆破作业必须由相关部室现场派专人跟班。
3、每道工序作业前必须敲帮问顶,对顶帮活煤活矸进行处理,防止煤矸掉落伤人。
4、炸药、导爆索、雷管运到指定地点后,炸药箱、导爆索箱、雷管箱应分开放置,相距距离不得少于10m。
5、炸药、导爆索与雷管使用过程中,必须妥善保管,由同一个安全员全程监督,当班安全员与放炮员同时上下井,安全员对火药的领取、运输、转运、放炮全程进行监督,严禁丢失。
当班完成规定循环放炮作业后,安全员方可下班,可不执行现场交接班,中途不可更换安全员。
每班暂定最多3个循环,亦可根据装药进度,适当调整。
6、专用火药箱要放置在指定地点(无淋水、支护良好、远离电气设备的地点),专用火药存放地点距爆破地点必须大于100mm。
7、放炮时机组距离放炮地点必须大于30m,所有电气设备停电闭锁,并由当班班长确认闭锁通知安全员后方可进行放炮作业。
8、装药前由支架工将爆破地点处支架防片帮收回,落下前探梁,前探梁必须放置水平并调整到适当高度,人员站在前探梁平台上作业,平台下必须有人监护。
9、作业过程中安全员负责从井下火药库领用、运输、退库和放炮作业的全部过程。
10、使用炮棍时,末端必须配有3mm的钢丝绳,末端炮棍粘住时用钢丝绳拉下木棍。
11、裁剪导爆索时必须使用专用电工刀或壁纸刀裁剪。
12、放炮作业前,放炮所需风量必须达到措施中规定风量后方可作业。
13、放炮作业前,爆破点前后20m范围内有易损设备(尤其电气设备),必须加以防护或者撤走。
14、爆破前,由当班班长安排2名有经验的工人检查顶板支护情况,确保无误后将支架前梁放下进行装药,装药完成后将支架前梁升起,爆破后,再由当班班长安排2名有经验的工人检查顶板支护情况,将支架前梁升紧,确保支架初撑力达标和顶板支护有效。
15、爆破前,1208工作面切眼、1208风巷和1208运巷内非本安型电器设备全部断电,避免工作出现明火。
16、严格控制好一次爆破炸药量。
按标作业,严格按照炮泥设计长度要求封孔,杜绝与高温热源接触,避免发生爆炸事故。
17、每天八点班、四点班进行作业,每天四点班下班后将剩余炸药、雷管退回炸药库,爆破员、安全员、保卫部负责全程监督。
18、每次爆破前后必须向调度室汇报。
4.2爆破安全技术措施
1、不得使用过期变质的爆炸材料。
不能使用的爆炸材料必须及时交回爆炸材料库。
2、爆破作业,爆破作业,必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用8#瞬发电雷管,煤矿许用炸药安全等级不得低于三级。
3、爆破工必须把炸药、电雷管分开存放在专用的
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