采前顶板预裂在坚硬顶板综采工作面中的应用.pdf

科学管理 180 2020年第9期 1 工程概况 2505工作面开采2号煤层，煤厚平均5.91m，采用大 采高开采工艺，一次采全高。采面设计走向、倾向长 度分别为1035m、220m。2号煤层赋存较为稳定，结构 简单，倾角介于25，直接顶炭质泥岩，老顶为坚硬 砂岩，直接底为泥岩，具体2号煤层顶底板岩性见图1 所示。 图1 2号煤层顶底板岩性图 根据临近的2503采面开采情况，发现采面开采后 采空区内顶板悬露长度超过40m，基本顶垮落困难， 采面开采时支架承压较大，煤壁片帮问题严重，需要 采取有关弱化措施后方可确保采面生产安全。2305采 面与2303采面位于同一地质单元内，若不对2305采面 坚硬顶板提前进行弱化处理，势必会出现类似与2503 采面类似的矿压显现情况，给采面生产带来不利影 响。因此，根据2503采面实际情况，采用爆破预裂方 式提前对采面上覆坚硬顶板进行弱化。 2 顶板预裂爆破 2.1 预裂爆破孔间距确定 预裂孔内炸药爆破后，可以产生高于岩体抗压强 度数倍以上的冲击压力，同时爆破冲击波会沿着爆破 孔扩散，从而给预裂孔周边岩层中产生裂隙。 根据2505综采工作实际地质情况并结合爆破机 理，爆破炸药参数，经过计算分析得到爆破后形 成的破碎区半径约为540mm，裂隙区扩展半径约为 2700mm，因此合理的爆破孔间距应为40006000mm。 2.2 预裂爆破孔布置方案 在2505采面内共布置15个预裂爆破孔，爆破孔深 度控制在2226m，共计施工的爆破孔长度为377.81m， 爆破孔内装入的炸药总量为693.60kg。爆破孔封孔长度 在10m以上，15个爆破孔累积封孔长度为153.15m。 3 预裂爆破效果 2019年7月3日8日在2505综采工作面切眼进行了 预裂爆破孔施工，采用型号ZLJ-500型液压钻机进行爆 破孔钻进，施工的钻孔孔径为73mm。在2019年7月12 日15日进行了分段爆破，爆破时采用的起爆器型号为 BF-200型，采用分组装药，分次爆破。具体为在局部 采用并联方式，总体采用串联方式进行爆破，起爆顺 序从进风巷侧向回风巷侧依次进行。 对采面进行采前顶板爆破后，在采面开采过程中 上覆坚硬岩层得以充分垮落。经过对回采工作面坚硬 顶板进行采面爆破后，采面开采推出切眼后，采面上 覆基本顶随采随垮。 回采工作面内共计布置145组液压支架，其中端 头、端尾各布置3组过度支架，在采面1号、37号、75 号、109号以及143号支架上布置型号为YHY（B）型压 力剂对采面开采过程中的支架工作阻力变化情况进行 监测，从而掌握上覆岩层垮落情况。具体采面75号以 及143号支架工作阻力变化情况见图2、图3。 图2 75号支架工作阻力变化情况 从图2支架工作阻力变化情况以及现场实际情况得 以得出，从7月26日起采面液压支架工作阻力开始显著 增加，至7月27日支架工作阻力已增加至额定工作阻 力，且有明显的变化情况，至7月28日支架工作阻力 最大达到6359kN，表现出明显的来压。在采面来压期 间，采面顶板以及煤壁保持稳定，未出现冒落、片帮 等问题，此时采面推进距离为19m，根据75号液压支 架工作阻力变化情况推断采前爆破后顶板初次来压步 距在19m左右，来压持续距离约为5m。 从图3以及采面现场情况发现，在7月26日开始采 面143号液压支架高内工作阻力开始显著增加，但是工 作阻力最大值较小，为额定工作阻力的65左右。至7 月29日143号液压支架工作阻力增加至6247kN，接近额 定工作阻力。在此过程中采面出现初次来压，来压步 距在20m左右，来压持续距离约为5m。 采前顶板预裂在坚硬顶板综采工作面中的应用 赵素强 山西汾西矿业香源煤业有限公司 山西 交城 030500 摘要2505采面基本顶为坚硬砂岩，不容易垮落，若不采取顶板弱化措施会造成基本顶在采空区上方大面积悬空，给 采面正常生产带来不利影响。基于此，针对2505采面实际情况情况，提出采用采前深孔预裂爆破方式，对上覆坚硬砂岩进 行处理，并详细预裂爆破参数进行设计。在2505采面进行采前预裂爆破后，采面初次来压步距从3540m降低至1925m，采 面来压期间顶板及煤壁保持稳定，未给采面正常生产带来不利影响。 关键词坚硬顶板 采前预裂 深孔爆破 综采开采 181 科学管理 2020年第9期 图3 143号支架工作阻力变化情况 通过对液压支架工作阻力监测分析，得出对2505 综采工作面进行采前预裂后，回采工作面顶板初次来 压步距在2025m范围内，在来压期间采面瓦斯涌出量 在有所增加，部分区域煤壁出现片帮。通过进行采前 超前预裂，有效降低了采面初次来压步距，保证了采 面生产安全。 4 结束语 1）坚硬顶板煤层开采时初次来压步距较大，若不 采取必要的顶板弱化措施，会给回采工作面正常生产 带来一定的影响。针对2505采面实际情况，提出采用 预裂爆破方式对上覆坚硬砂岩进行弱化，并具体对预 裂爆破孔爆破参数进行设计； 2）对2505采面进行采前预裂爆破后，采面初次来 压步距在1925m间，来压期间局部范围内煤壁出现片 帮，顶板基本保持稳定，未给采面正常生产带来明显 影响，较未弱化前来压步距降低10m以上，有效确保 了采面生产安全。 3）深孔预裂爆破作为常用的顶板弱化技术，具有 较强的适用性，在2505综采工作面采用深孔预裂爆破 取得显著应用成果。 参考文献 [1] 王浩 . 霍尔辛赫煤矿综采工作面初采阶段强制放 顶技术应用研究 [J]. 能源技术与管理， 2020， 45（2） 71- 7395. [2] 田利民 . 双向聚能预裂爆破技术在沿空留巷中的应 用研究 [J]. 煤炭与化工， 2020， 43（2） 109-111116. [3] 田利民 . 双向聚能预裂爆破技术在沿空留巷中的应 用研究 [J]. 煤炭与化工， 2020， 43（2） 109-111116. [4] 史振飞 . 厚煤层坚硬顶板预裂爆破强制放顶技术实 践 [J]. 煤矿现代化， 2020（1） 12-1417. [5] 杨世春 . 坚硬顶板综采面初采深孔预裂爆破技术研 究 [J]. 江西煤炭科技， 2020（1） 31-35. [6] 李海斌， 史留杰， 赵秀峰， 常昆 . 一次采全高工作面 顶板预裂爆破技术应用 [J]. 能源与节能， 2019（12） 165- 166. 作者简介 赵素强， 男， 1990 年 11 月生， 山西省天镇县人， 2012 年 7 月毕业于阳泉职业技术学院， 助理工程师。 由前文2.2和2.3可知，目前生产状况与现有手段不 支持对循泵出口管道和系统流量进行优化。同时，由 于环保和效益原因局部增压方案也不可行。 综上所述，为保障主体装置不受干扰、循环水系 统运行参数不因改造发生大的变化，最终选择了余压 发电技术进行节能改造。 3 余压发电技术方案 3.1 余压发电技术简述 余压发电技术在上塔阀后回水管道上带压开孔新 增旁路管道，将水轮机内置于旁路管道内，将异步发 电机组外置于旁路上，水轮机利用上塔阀处富余的水 力能驱动发电机发电，发出的电并入动力厂内部低压 公网就地消纳。具有改造周期短，自动化程度高，节 能效果可视化，不影响原系统运行等特点。 3.2 余压发电能力测算 系统供水流量为18000m3/h，4座冷却塔。考虑系统 需要5流量不经过冷却塔直接进入旁滤装置（旁率量 为900m3/h），因此约有17100m3/h水量进入冷却塔，每 间塔的过水量为4275m3/h。 考虑每座塔新增的2座蝶阀，蝶阀流阻计2m、调整 余量计1m、喷头余压计1m，喷头高度11.5m，回水压 力0.26MPa/0.5m对流阻的消耗，计算得可利用的回水 压头11.5m，单塔发电量107.1kW。 3.3 余压发电主要设备 （1）水轮机根据前述分析结果，选择1500r/m转 速水轮机，综合考虑结构形式，选择灯泡贯流式水轮 机组。 （2）发电机水轮机回收的能量约为107kW，综 合考虑系统发电潜力仍有一定提升空间（水泵出口阀 未全开），采用1.1倍的安全系数，水轮机在最理想 状态下回收的最大功率，以及发电机的无功损耗、效 率、功率因数等参数，确定发电机选鼠笼转子全封闭 自扇冷三相异步发电机YF132kW。 （3）配套设备为实现系统正常安装和发配电， 还配套了蝶阀、法兰、三通等机组配件和控制柜、无 功补偿柜等电气设备 4 结束语 经初步验算，采用余压发电技术对我司动力厂循 环水系统无效流阻进行回收后，系统原有运行参数未 发生变化。4台发电机同时投运时，总发电功率约为 430kW，回收的电量约占循环水泵总耗能的13.6。按 照每年运行8400h初步估计，发电量约为360万度，效 益可达233万元，达到了改造的目的。 （上接第179页）