15112工作面循环放顶安全技术措施

焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施1焦煤集团1890煤矿15112工作面循环放顶安全技术措施施工负责人：张林军技术负责人：李树华编制人：赵康编制时间：2015年2月26日焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施215112工作面循环放顶安全技术措施一、工作面概况（一）1890煤矿15112工作面位于井田南翼5#煤层，水平标高：+1700m--+1755m,平均走向长1172m，可采储量141万吨，开切眼处煤层倾角为10°。（二）煤层顶板岩性：老顶粗砂岩浅褐色、含砾砂岩；直接顶含砾粗砂岩浅褐色，初步判定岩石普氏系数f=6-8，单向抗压强度7.9Mpa。（三）地面位置：该工作面地表为荒山。附：5#煤层柱状图细砂岩，参差状端口，泥质胶结浅灰色，粗粒砂质结构，以长石、石英为主，分选型中等；层理。浅灰色，粗粒砂质结构，以长石、石英为主，分选型中等；层理。以石英为主，长石和岩屑少见，具有薄的水平层理。石英、长石，具有薄的水平层理。粗砂岩细砂岩含碳泥岩5#煤粗砂岩细砂岩老底直接底伪底5#煤直接顶老顶煤、岩性描述煤岩性名称厚度柱状顶板名称（四）回采工作面参数1.平均走向长：1172m，距开切眼100m范围内工作面平均长度：250m。回风巷——深孔巷段斜长125m。深孔巷——运输巷段斜长125m。2.距开切眼100m范围内煤层平均倾角为：10°3.煤层平均厚度：3.85m4.煤层容重：1.35ｔ/m35.开采方法：综合机械化一次采全高6.支护方式：采用ＺＺ5800--22/43型支撑掩护式液压支架支撑顶板。支护强度：0.84MPa，支护工作阻力：5800KN，最大支撑高度：4.3m7.落煤方式：使用MG400/920-QWD型交流电牵引双滚筒采煤机旋转自行落煤。8.工作面运煤方式：采用SGZ—800/2×400刮板运输机。（五）开切眼参数：开切眼长度250m，宽度8m，高3m，平均倾角16°。焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施3二、钻眼机具及爆破器材说明（一）深孔钻机：型号SKZ-120B1备注适应岩种F=8-16钻孔直径76—102mm使用气压0.5—0.7Mpa使用水压0.8—1.5Mpa耗气量7—8m³/min钻具一次推进1000mm钻具回转速度60r/min耗水量8—12L/min钻具重量1200Kg冲击器：CIR-90风动冲击器钻头直径Φ80mm钻机数量4台（二）爆破器材：1.炸药类型：三级煤矿许用乳化炸药（防静电塑料筒包装，Φ60mm/1kg），爆速：≥2800m/s，殉爆距离：炸药有效期内≥2cm，耐温：-40℃--＋50℃，起爆性能：正常情况下能起爆乳化炸药，外壳为聚氧乙稀塑料。2.导爆索：煤矿安全防水抗拉导爆索。3.雷管：毫秒延期电雷管。4.发爆器：MFB—100型电容式发爆器。5.装药结构：两根起爆导爆索，第一根主导爆索靠近炮头1m处，第二个安全导爆索靠近二次炮头5m处。6.药卷规格：φ60×400mm。7.装药器：1台8.封孔材料及器具（1）速凝水泥渗水后3分钟，在直径80mm钢管中其阻力不小于100KN。（2）封孔材料及比例：水：砂：土=5：20：75（3）封孔送料管规格型号：φ90×1500mm9.三级煤矿许用乳化炸药的性能指标序号炸药名称猛度mm作功能力ml爆速m/s殉爆距离cm1三级煤矿许用乳化炸药≥8≥210≥2800≥210.乳化炸药爆破效果分析（1）深孔内部爆破的作用机理：深孔内部爆破由于无自由面，且采用不偶合装药结构，其爆炸冲击波焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施4和应力波作用下的岩石破坏为一个复杂的动力学过程。炸药在岩石中爆炸所产生冲击波和应力波强烈地作用于岩体，使炮孔周围岩石沿径向发生着不同特征的破坏。根据岩石破坏特征的不同，通常分为压碎区、裂隙区和震动区。①爆炸冲击波的冲击压缩效应在炸药爆炸的瞬问，高温高压作用在炸药与孔壁之间隙中的空气上形成空气冲击波，并瞬即作用在岩石上，产生在岩石内以超音速传播的冲击波，对岩石施加极强的冲击压缩效应，其峰值压力远远高于岩石的动抗压强度，造成药卷周围岩石被极度压碎形成粉碎区。②爆炸应力波的压缩、拉伸效应虽然粉碎区范围很小，但消耗了冲击波的大部分能量，使得在粉碎区界面上冲击波衰减为应力波，并继续在岩石中径向传播。应力波通过后，岩石在径向上受压应力作用，切向上受拉应力作用。由于岩石本身抗拉强度较低，在拉应力的作用下会产生一定范围的径向裂隙。深孔内部爆破后，岩石中的径向裂隙区及其扩展范围，是超前预爆破处理坚硬顶板方式成败与否的关键。③爆炸震动波的震动效应爆炸应力波造成岩石径向产生裂隙后，进一步衰减为弹性震动波，并沿径向向深部传递，仅使岩石产生弹性震动，由强而弱直至消失。④爆炸气体的气楔效应在爆炸后，由于充分有效的堵孔方式，高压爆生气体将在孔内形成新的准静态应力场，并因高压而挤入初始径向裂隙，产生“气楔效应”，由于高压爆生气体的作用时间较应力波动态作用时间长得多，并在一定时间内其压力值相对稳定，从而使初始裂隙得到充分的扩展。（2）内部爆破所产生的裂隙区半径确定对于深孔不偶合装药结构的内部爆破，其产生的初始裂隙区半径用下式计算：atcbtSPrR/1)(（mm）式中：Pc—冲击波作用在孔壁岩石上的初始冲击压力，MPa；rb—炮孔半径，mmSt—岩石抗拉强度，MPaλ—岩石特性系数，λ=ν/（1－ν），ν为岩石泊松比a—应力波衰减指数，a=2－λ其中：6208knVPc式中：ρ0—炸药密度，kg/m3V—炸药爆速，m/sn—爆炸产物冲击孔壁时的压力增大系数，一般n=8～15k—装药径向不偶合系数，k=炮孔半径/药卷半径焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施5煤矿许用乳化炸药产生爆炸裂隙区的范围炸药类别炸药密度ρ0g/cm3炸药爆速Vm/s压力增大系数n装药不偶合系数k初始冲击压力PcMPa炮孔半径rbmm岩石抗拉强度StMPa岩石特性系数λ岩石泊松比ν应力波衰减指数a裂隙区半径Rtmm三级煤矿许用乳化炸药1.00-1.30280099/6cm=1.51572545220.320.241.681142由于岩体自身存在着不同程度的原生弱面（节理、裂隙等），影响了爆炸应力波的传播及产生爆炸裂隙的范围，实际爆炸裂隙区的半径会比计算数值略小。采用煤矿许用乳化炸药，超前预爆破所产生的裂隙区范围明显减小，影响了爆破后的岩体整体结构强度的降低，将会导致顶板来压步距及来压强度的增大，进而威胁回采工作面安全生产，为解决这一隐患，采用加密钻孔布置处理顶板来压步距及来压强度的增大的隐患。三、循环放顶炮孔布置方式（一）周期来压预爆孔间距：根据矿井对5#煤层15111综采工作面开采的情况，确定15112回采工作面循环放顶步距为12m。（二）炮孔布置：循环放顶孔口分别布置在15112运输巷上帮、15112回风巷下帮、15112深孔巷上下帮，每组孔布置两个孔，分别为老顶切断孔、端头切断孔。（三）炮孔转角选择：回风巷、深孔巷、运输巷炮孔水平转角的选择1.老顶切断孔的水平转角（与巷道轴线夹角）回风巷、深孔巷下帮取70°，运输巷、深孔巷上帮取80°。2.端头切断孔水平转角均取20°（四）炮孔终端高度h上的确定1.针对老顶切断孔的顶端装药高度h上，以岩石爆破冒落后将采空区充填满为目的，根据岩石冒落后碎胀系数取1.3、回采高度取3.6m，则：1.3×h上=3.6+h上，h上=12m。2.针对端头切断孔顶端装药高度h上，考虑顶板冒落后形成自然平衡拱的两端高度将低于老顶切断孔的处理高度，并考虑顶板岩层内淋水的影响，取h上=12m。（五）炮孔下端装药高度h下的确定炮孔下端装药高度应保障炮孔爆破不影响回采工艺要求，保证工作面不漏顶、不片帮，保证炮孔有足够的充填堵塞长度，同时考虑目前顶板垮落的状况，根据上述原则确定如下：1.老顶切断孔下端装药高度取h下=6m（距煤层面）；2.端头切断孔下端装药高度取h下=6m（距煤层面）（六）炮孔在煤层倾斜面上的投影长对于老顶切断孔，在煤层倾斜面上的投影长度，用下式计算：L投=S－H式中：L投——老顶切断孔在煤层倾斜面上的投影长，m；焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施6S——工作面上、下段倾斜长，由于倾角变化的影响，取125m；H——两巷老顶切断孔终端之间的距离，取20m。因此L投=125－20=105m，考虑到回风巷下向深孔钻进排岩粉困难等因素，回风巷炮孔与水平面夹角应≥-1°。1.老顶切断孔在煤层倾斜面上的投影长：回风巷、深孔巷下帮炮孔取L投=40m，运输巷、深孔巷上帮炮孔取L投=65m。2.端头切断孔在巷道轴线的投影长，考虑到其装药终端与老顶切断孔装药末端的联系，取L投=20m。四、炮孔参数计算（一）运输巷、深孔巷上帮老顶切断孔设计炮孔顶端装药高度h上=12m，炮孔下端装药高度h下=6m，炮孔水平转角α=75°，炮孔在煤层倾斜面上的投影长度L投=65m，煤层倾角α’=10º，计算炮孔参数如下：1.炮孔终端至水平面高度h：cos)tan(投上Lhhm2310cos)10tan6512(2.炮孔在水平面上投影长d：sin]sin)tan(cos[投上投LhLdm6475sin]10sin)10tan6512(10cos65[3.炮孔与水平面夹角β：8.196423arctanarctandh4.炮孔深度L：mhL688.19sin23sin5.炮孔与煤层面夹角β’：106812arcsinarcsin'Lh上6.封孔长度L2：焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施7mhL3510sin6'sin2下7.装药长度L1：mLLL323568218.装药量Q：kgmkgmmkgLQ99/333/31（二）回风巷、深孔巷下帮老顶切断孔设计炮孔顶端装药高度h上=12m，炮孔下端装药高度h下=6m，炮孔水平转角α=80°，炮孔在煤层倾斜面上的投影长度L投=40m，煤层倾角α’=10º，计算炮孔参数如下：1.炮孔终端至水平面高度h：cos)tan(投上Lhhm9.410cos)10tan4012(2.炮孔在水平面上投影长d：sin]sin)tan(cos[投上投LhLdm4280sin]10sin)10tan4012(10cos40[3.炮孔与水平面夹角β：6.6429.4arctanarctandh4.炮孔深度L：mhL436.6sin9.4sin5.炮孔与煤层面夹角β’：3.164312arcsinarcsin'Lh上6.封孔长度L2：mhL213.16sin6'sin2下焦煤集团1890煤矿15112综采工作面循环放顶安全技术措施87.装药长度L1：mLLL222143218.装药量Q：kgmkgmmkgLQ66/322/31（三）运输巷、深孔巷上帮端头切断孔设计炮孔顶端装药高度h上=12m，炮孔下端装药高度h下=6m，炮孔水平转角α=20°，炮孔在巷道轴线上的投影长度L投=20m，煤层倾角α’=10º，计算炮孔参数如下：1.炮孔终端至水平面高度h：mLhh5.1310tan20tan2010cos12tantancos投上2.炮孔在水平面上投影长d：mLd3.2120cos20cos投3.炮孔与水平面夹角β：323.215.13arctanarctandh4.炮孔深度L：mhL5.2532sin5.13sin5.炮孔与煤层面夹角β’：285.2512arcsinarcsin'Lh上6.封孔长度L2：mhL1328sin6'sin2下7.装药长度L1：mLL