采煤工作面坚硬顶板控制技术

坚硬顶板控制技术普通综采工作面强制放顶技术一、工作面概况和煤层顶板情况1、工作面概况2、煤层顶板及水文情况3、工作面参数二、顶板处理方法我们把回采中的顶部处理分为两个部分，第一部分当工作面推进到20米左右直接顶不塌落或塌落高度达不到要求时进行初次放顶。初次放顶后随着工作面的推进，顶板可能出现下列三种情况：第一种情况为随采随自，这是最理想的；第二种情况为部分地段顶板不塌落或塌落高度不够，可采取局部人工强制放顶；第三种情况是直接顶的厚度小于4米，需对老顶进行放顶处理。（一）、初次放顶1、钻机的选择：钻机的类型：全液压钻机：石家庄煤机厂制造的TXU-75型、西安煤科院制造的MK系列、石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机等。风动钻机：宣华制造的QZJ-100b岩石电钻：烙阳和石家庄中煤生产的2KW、3KW、6KW等。特别坚硬的顶板（如砾岩）用风动钻机，一般性的顶板f值小于12的用全液压钻机，比较方便用石家庄万达制造的ZYJ269／168架柱式液压回转钻机。全液压钻机和风动钻机一般都是打深孔的，打浅孔可用岩石电钻，一般不超过8m。2、爆破器材的选择：根据矿瓦斯情况而定：《煤矿安全规程》第七章第三节第三百一十九条规定，井下爆破作业，必须使用煤矿许用炸药。煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定：(1)、低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。(2)、低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。(3)、高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤(岩)与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。(4)、在采掘工作面中，不得使用导爆管或普通导爆索。顶板是否有淋水，有则应选择抗水炸药。炸药的爆炸性能主要有2个指标：炸药的威力：系指其所具有的总能量。在理论上可用炸药的作功能力近视地表示炸药的威力。炸药的猛度：系指爆炸瞬间爆轰波和爆炸气体产物直接对与之接触的固体介质局部产生破碎的能力。导爆索必须使用煤矿许用导爆索；雷管使用煤矿许用电雷管（瞬发电雷管和5段以内的毫秒延期电雷管）；放炮使用放炮器。3、放顶参数的确定1）、初次放顶步距的确定根据顶板岩性和结构确定初次放顶步距。2）、处理顶板垂深的确定M－PH＝————K－1式中：M一采高P一顶板塔落的空隙取0.5米K一岩石碎胀系数取1.43）、最小抵抗线及孔深的确定根据工作面顶板岩性和炸药参数并参照大同煤矿集团公司经验数据而定。4）、放顶组数及孔深的确定：总的原则是：既要考虑放好顶，又要考虑到不耽误或少耽误生产，孔深主要考虑的因素是：与生产协调，打孔和装药方便，5）、其它参数：（1）、炮孔的角度：水平角度（与煤壁的夹角）：考虑放顶时不损坏支架等设备和钻机司以打孔的角度，同时考虑炮孔不能被破坏。仰角：根据最小抵抗线确定（2）、装药长度（LZ）一般为孔深的2／3，封孔长度（Lf）不小于孔深的1／3。（3）、装药量每孔装药量为：LZ×2kg/m初次放顶总装药量为：每孔装药量之和。（4）、装药采用人工装药，放炮采用一次起爆。(5)、药卷规格：Φ50×500mm6）、网络布置：采用并串联回路，用分段毫秒雷管起爆导爆索，导爆索起爆炸药，采用正向爆破。图一爆破位置示意图8201工作面A孔B孔C孔(7)、放炮位置的确定装药段的最小距离必须离开支架3m以上(8)、其它参数见表一。初次放顶及参数表表一序号项目名称单位炮孔名称说明说明A1A2B1B2C1C21炮眼长度米3030202015152炮眼水平角度3030505070703炮眼垂直角度1318182520334炮眼直径mmΦ655炸药密度g/cm30.95-1.16每米装药量Kg/m1.9-2.27装药长度米2020131310108每孔装药量Kg4040262620209充填物长度米10107755110导爆索长度m/孔646444443434111雷管个数个222222112雷管段数段151515113联炮方式并串联114炸药名称二级煤矿许用乳化炸药115药卷规格mmΦ50×500A1A2A1A2炮孔仰角B1B2B1B2炮孔仰角C1C2C1C2炮孔仰角B1B2A1A2C1C2炮孔水平角切眼图二初次放顶孔布置示意图A1A2B1B2C1C2放炮器炮孔炮图四并－串联电爆网路(二)局部放顶当工作面部分地段顶板不塔落时应采取局部放顶。1、当两个端头悬板超过规定时应进行端头放顶，其放顶参赛与初次放顶孔基本一样。2、当工作面悬板超过规定时的局部放顶方法为：(1)、钻机的选择：由于在工作面打孔，孔的深度不深，一般不超过10m，所以可选用2KW或3KW岩石电钻，搬运方便。(2)、钻孔位置：每2～3架打一个单层孔，如架间无法打孔，可采用退架或降架的方法进行打孔。(3)、钻孔参数的确定图五工作面局部放顶示意图8801工作面由于打孔从架间打，所以孔的水平角度与煤壁垂直，仰角可按600,则孔的深度为：L=6.25/sin60≈7.2(m)取L=7m封孔长度为2.5m，装约长度为4.5m，装约量为9kg；导爆索用单股，长度为8米；炸药选用二级煤矿须用乳化炸药，雷管可用煤矿须用瞬发电雷管，联炮方式采用大串联。(三)步局放顶当工作面直接顶不塔或塔落的厚度不够时，需进行步局放顶。放顶步局可根据以前工作面的矿压观测确定，一般在15～20m，并在初次来压即60m左右和工作面见方100m左右布置放顶孔。三、施工组织：成立专职或兼职的放顶队，按两个班作业，工作面按操作1台钻机考虑，每台钻3人，两个班6人，并设队长、技术员、组长。稳钻按一个班考虑，每个班按完成1个孔考虑，一天可工作面局部放顶仰角打2个孔，初次放顶共12个孔，需6个班，即需用时间3天，考虑进设备、稳钻、及不正常因素，初次放顶孔应在工作面开采前半个月就开始工作，先可在皮带巷施工。四、强制放顶安全技术措施：1、应成立初次放顶领导组（成员包括生产矿长、总工程师、安全矿长、安监、生产技术、通风、调度，机电、综采队），放顶工作必须在放顶领导组统一指挥下作业。放顶领导组跟班上岗现场指挥，检查初次放顶措施的执行情况，发现不安全因素立即采取果断措施进行处理，防止事故的发生。2、打眼时，必须按设计和规程规定的深度、角度及有关参数进行施工。3、打眼、装药、爆破时，必须按照《煤矿安全规程》有关规定及放顶作业规程规定的执行。4、如装药时发生异常,装不到预定的位置，则不得联放炮。5、严格执行“一炮三检”制和“三人联锁”放炮制。6、联炮前，要对其范围内有害气体进行检查（包括采空区），如发现有害气体超限，立即停止作业，进行处理达到要求后，方可联炮。7、初次放顶放炮时在8201工作面所有的工作人员撤到盘区巷，在可能进入爆破地点的所有通道上，爆破前必须设置警戒和标志。8、初次放顶采用远距离放炮，放炮员必须在盘区巷用放炮器起爆。9、雷管使用电雷管，可用瞬发或毫秒延期电雷管，最后一段的延期时间不得超过130ms。10、放炮联线前，必须将该工作面所有电源断开，检查有害气体符合要求后，进行验电和放电。11、如炮眼被顶板破坏，绝不能再联炮进行爆破。12、雷管必须密封在炮孔内，严禁明火放炮。13、炮拉响后，至少要等30分钟，由通风区人员分别从两条顺槽巷口逐步向工作面检查有害气体的情况，只有在有害气体浓度符合要求后由通风队通知放顶领导组负责人，由放顶领导组及有关负责人员进入工作面再进行安全检查，确认无隐患可以恢复生产。14、初次放顶时必须支好液压支架，达到规定的初撑力。15、炮孔口1.5米周围必须支护好顶板，防止炮孔损坏和保证联炮时的安全。16、井下运输爆破材料时，电雷管和炸药必须分开运输，交接班、和人员进出井的时间内，严禁运输爆炸材料。必须用人力运输，并由爆破工监护下运输。17、所有爆破人员，包括爆破、送药、装药人员必须熟悉爆炸材料性能和《煤矿安全规程规定》。18、爆破必须由专职爆破工担任。19、爆破工必须把炸药、电雷管分开存放在专用的爆破材料箱内，并加锁；严禁乱扔、乱放。爆炸材料箱必须放在顶板完好、支架完整，避开机械、电气设备的地点。爆破时必须把爆炸材料箱放到警戒线以外的安全地点。20、放炮工联炮时，必须把1段（灰红）毫秒延期电雷管联在底层孔，把5段（绿红）毫秒延期电雷管联在顶层孔。21、从成束的电雷管中抽取单个电雷管时，不得手拉脚线硬拽管体，也不得手拉管体硬拽脚线，应将成束的电雷管顺好，拉住前端脚线将电雷管抽出。抽出单个电雷管后，必须将其脚线扭结成短路。22、导爆索必须与第一卷炸药帮好，电雷管必须和导爆索帮好，帮时必须用胶布，一个孔的两个电雷管必须分开，有一定的间隔距离，帮好后应将电雷管脚线扭结成短路。23、装药前，首先必须清除炮眼内的煤粉或岩粉，再用木炮棍将药卷轻轻推入，不得冲撞或捣实。炮眼内的各药卷必须彼此密接。装药后，必须把电雷管脚线悬空，严禁电雷管脚线、爆破母线与运输设备、电气设备以及采掘机械等导电体相接触，24、炮眼封泥应用水炮泥，无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破。25、装药前和爆破前有下列情况之一的,严禁装药、爆破：（1）综采工作面的控顶距不符合作业规程的规定，或者支架有损坏，或伞檐超过规定。（2）、爆破地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1%。（3）、炮眼内发现异壮、温度骤高骤低，有显著瓦斯涌出、煤岩松散、透老空等情况。（4）、回采工作面风量不足。26、发爆器的手把、钥匙必须由爆破工随身携带，严禁转交他人，不到爆破通电时，不得将把手或钥匙插入发爆器，爆破后，必须立即将手把或钥匙拔出，摘掉母线并纽结成短路，27、爆破前，脚线的连接工作可由经过专门训练的班组长协助爆破工进行。爆破母线连接脚线、检查线路和通电工作，只准爆破工一人操作。28、爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方可下达起爆命令。爆破工接到起爆命令后，必须先发出爆破信号，至少再等5秒，方可起爆。29、个别孔拒爆时，爆破工必须先取下把手或钥匙，并将爆破母线从电源上摘下，扭结成短路，再等15分钟以后，才可沿线路检查，找出拒爆的原因。处理拒爆时，如线路的原因，可接好线路重新起爆，决不允许再打眼起爆。30、为防止初次放顶后，上覆顶板有采空区积水，应配备用抽水泵及其有关的设备及材料。综放工作面坚硬顶板控制技术大同矿区侏罗系煤层以“两硬”著称，在综放开采实践中，由于坚硬顶板不易冒落，形成强烈的来压现象，曾多次生过顶板下沉压架事故，成为影响安全高效开采的主要因素之一。为了解决综放工作面顶板处理问题，保证安全生产，必须对顶板实施强制放顶措施，通过几年的研究实践，取得了良好的效果。1、煤层及顶板条件大同矿区侏罗系大同组煤岩系属于多煤层煤系地层，有可采煤层或局部可采煤层21层，其中11～12＃合并层为特厚煤层，厚度5.8～9.4M，平均7.2米，煤层倾角3～5°。顶板为坚硬的砂岩，厚度10～50m，厚层状整体结构，整体性强，层、节理裂隙均不发育。2、巷道布置方式由于煤层的“两硬”特征，且属高瓦斯，在巷道布置上，采用了上下5条巷道的布置方式（图1），形成三进二回的布置方式。沿煤层底板掘2条巷道，为工作面皮带顺槽和运料顺槽，沿顶板掘3条巷道，其中1条为排瓦斯巷，2条为工艺巷，实施顶煤、顶板预爆破工作。3、工作面顶板控制技术3.1放顶参数的确定初次放顶和循环放顶步距的确定：根据顶板岩性和结构，结合工作面矿压观测的结果，初次来压步距平均64米，周期来压步距平均22米，确定初次放顶步距为20米（从切眼算起）；步距放顶15m。放顶孔垂深的确定：放顶煤工作面的顶板塌落高度H应满足1.5倍的采高。H=1.5M=1.5×7.2=10.8(m)式中：Ｍ－采高钻机的选择：根据顶板岩性该工作面选择TXU-75液压钻机。炸药的选择：煤层属于高瓦斯，根据《煤矿安全规程》规定，采用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药；如实行预爆破可采用等级不低于二级的煤矿许用炸药，但要制定相应的安全措施。网络布置：采用串并联回路，用分段毫秒雷管起爆导爆索，导爆索起爆装药。皮带顺槽回风顺槽瓦斯巷工艺巷2工艺巷1皮带顺