采面頂板預裂安全技術措施

一、重大危險源及有害因素辨識重大危險源及有害因素辨識表

二、礦井位置及工作面概況2.1礦井位置及工作面概況2.1.1礦井位置山西潞安集團左權佳瑞煤業有限公司北部與山西潞安集團左權阜生煤業有限公司相接、南部與山西左權突堤梅園煤業有限公司相臨，西邊為公共煤田(詳見圖2-1)，無越界開采。

圖2-1山西潞安集團左權佳瑞煤業有限公司相鄰煤礦關系圖

2.1.2工作面概況及支護特征15101工作面地面位置距中央回風立井井口西南550米左右。井下東面為+980水平軌道大巷、+980水平回風大巷;西面未采;北面未采;南面為一采區專用回風下山、一采區集中軌道下山、一采區集中膠帶下山、一采區集中回風下山。具體工作面布置如圖2-2所示。

圖2-2 15101綜采放頂煤工作面巷道布置圖

15101綜采放頂煤工作面設計為雙U型通風系統，順槽巷道分別為進風順槽、膠帶順槽、軌道順槽、回風順槽、工作面切眼為內切眼、外切眼，外加高抽巷。其中進風順槽沿煤層頂板掘進。膠帶順槽、軌道順槽、內切眼均沿煤層底板掘進。回風順槽、外切眼為底板巖巷。所有巷道為錨網加錨索支護。進風順槽、膠帶順槽、軌道順槽幫每排布置4根Φ20×L2000mm高強度螺紋鋼錨桿，頂板每排布置5根Φ20×L2400mm高強度螺紋鋼錨桿，兩幫及頂板均布置有鋼筋托梁?；仫L順槽和外切眼兩幫每排布置2根Φ20×L2000mm的高強度螺紋鋼錨桿，拱部每排布置5根Φ20×L2400mm高強度螺紋鋼錨桿支護，兩幫及拱部均布置有鋼筋托梁。內切眼老塘幫每排布置4根Φ20×L2000mm高強度螺紋鋼錨桿，頂板布置10根Φ20×L2400mm高強度螺紋鋼錨桿，回采幫每排布置2根Φ18×L1800mm玻璃鋼錨桿支護，頂部和老塘幫布置有鋼筋托梁?；仫L順槽和外切眼兩幫每排布置2根Φ20×L2000mm的高強度螺紋鋼錨桿，拱部每排布置5根Φ20×L2400mm高強度螺紋鋼錨桿支護，兩幫及拱部均布置有鋼筋托梁。錨索為MS-φ18.9-1-7300mm，配套使用300×300×16mm的拱形鋼托盤。高抽巷沿14號層掘進，幫部每排布置2根Φ20×L2000mm高強度螺紋鋼錨桿，頂板布置3根Φ20×L2400mm高強度螺紋鋼錨桿，頂部布置有鋼筋托梁。各巷道支護狀況見表2-1所示。

表2-1 15101綜采放頂工作面各巷道支護情況表

2.2地質概況2.2.1煤層情況井田內僅15號可采,其它均為不可采的薄煤層或煤線，現將15號煤層特征敘述如下：15號煤層，俗稱“丈八煤”，位于太原組下段中下部,上距K2灰巖10.79～13.49m,平均為11.68m。煤層層位極其穩定,全井田分布,井田內12個鉆孔中均見此煤層,厚度5.00～8.57m,平均6.62m ,可采系數100%,是本井田唯一的可采煤層, 煤層結構較簡單,含夾矸0-3層，一般1層，單層夾矸最厚可達0.37m。煤層頂板為砂質泥巖、泥巖，局部為粉砂巖，底板一般為泥巖。該煤層為穩定的全井田可采煤層。15101工作面開采煤層屬太原組下部的15#煤層，賦存穩定，煤厚變異較小，平均厚度6.33m，煤層傾角-4°～+3°，煤層結構較復雜。煤體以黑色、塊狀為主，粒狀次之，內夾黃鐵礦，呈團塊狀，煤質為貧煤。普氏硬度系數f=3～5。

2.2.2頂底板情況15號煤層頂板：直接頂板：巖性主要為泥巖、砂質泥巖，局部相變為粉砂巖及細粒砂巖。屬于不穩定～中等穩定頂板。砂質泥巖：灰黑色，厚層狀，厚度5.65-10.50m，視密度2707kg/m3,含水率1.00%,自然抗壓強度為17.1-19.7MPa，平均為18.4;抗拉強度為1.24-1.85MPa，平均為1.54MPa，屬軟巖。

老頂：一般為石灰巖。石灰巖：灰色,中厚層狀,厚度5.00-7.85m,視密度2707kg/m3，含水率0.04%，自然抗壓強度為32.0-36.4MPa，平均為34.2MPa，抗拉強度為2.26-2.74MPa，平均為2.51MPa，屬中硬巖石。

15號煤層底板，直接底板：巖性為泥巖、砂質泥巖。

砂質泥巖：深灰色、灰黑色,厚度2.40-5.50m，視密度2712kg/m3,含水率0.74%,自然抗壓強度為10.9-14.7MPa,平均為12.8MPa，抗拉強度為0.26-0.74MPa，平均為0.53MPa，屬軟巖。

老底：主要為中、細粒砂巖。

細粒砂巖：灰色,中厚層狀,厚度1.10-6.75m。結合其它鉆孔資料，屬中等堅硬-堅硬巖石。15101工作面煤層及頂底板巖層綜合柱狀如圖2-3所示。

圖2-3 工作面煤層及頂底板綜合柱狀圖

2.2.3區域地質構造山西潞安集團左權佳瑞煤業有限公司總體構造為一東高西低的單斜，在此基礎上發育次一級的向斜、背斜。地層傾角均小于15°。

經三維地震勘探有小的斷層存在，本區內發現有兩條大于20m的斷層，且均位于井田邊界附近;其余10條均為小于20m的斷層。均為正斷層。

根據三維地震勘探結果，井下采煤時在井田東南角發現有4個大小不等的陷落柱(本礦區東部)，經三維地震勘探，有陷落柱存在，共計大小不等26個。

15101工作面總體地勢東部高，西部低，局部地方底板可能出現起伏變化，煤層傾角在-11°～0°，在向斜及背斜轉折端會造成煤層及頂板裂隙發育，巖層破碎。

根根據三維地震資料顯示，回采過程中不會遇到大的地質構造，但局部區域巖層存在起伏變化，且可能受到兩個與軌道順槽相距23m左右的X11、X12陷落柱的影響，存在小型牽引斷層。

2.2.4 地質及水文地質情況該工作面為一采區首采工作面，工作面煤層直接充水含水層為太原組巖溶裂隙含水層，該含水層賦水性一般較弱。15101工作面回采范圍內地質條件較為簡單，局部地方底板出現起伏變化，形成小型向斜及背斜構造，在向斜及背斜轉折端會造成煤層及頂板裂隙發育，回采至該處時可能會出現涌水增大現象，向斜軸部在回采過程中還會形成積水區。我礦井奧灰水位為:+823-+825m，本工作面開采最低標高為+923m，故目前不涉及承壓開采。X11和X12陷落柱經鉆探驗證不導水，高抽巷在掘進至F3斷層時，不導水。在回采過程中，由于頂板自然脫落，造成裂隙發育，預計會破壞頂板K2、K3、K4三層含水層，但這三層含水層賦水性都較弱，且已經打設頂板疏放水孔，及時完善排水設施保證正常回采。根據電法勘探顯示，15101工作面內無富水區域，15101工作面回采初期為了保證工作面正常回采，工作面內應加強排水設施管理，加強工作面排水能力，預防因頂板突然垮落，造成工作面涌水量增大而影響正?；夭?。根據地質資料了解,15101工作面正常涌水量為10m3/h，最大涌水量15m3/h。

2.3瓦斯、煤層及自燃發火等情況2.3.1礦井瓦斯情況井田內15號煤層甲烷含量較高，根據本井田煤層的埋藏深度及鄰區生產礦井的瓦斯資料推測，本井田15號煤層為高瓦斯。

2.3.2煤塵爆炸危險性根據山西省煤炭工業局綜合測試中心對山西左權佳瑞煤業有限責任公司風井278米處采樣后進行的煤塵爆炸性試驗，本次施工在佳瑞煤業井下工作面和補-1號孔采取的15號煤層煤樣由山西省煤炭地質研究所進行了煤塵爆炸性試驗，結果表明15號煤層煤塵有爆炸性危險。

2.3.3煤的自燃傾向性根據山西省煤炭工業局綜合測試中心對山西左權佳瑞煤業有限責任公司風井278米處采樣后進行的自燃傾向性性試驗，本次施工在佳瑞煤業井下工作面和補-1號孔采取的15號煤層煤樣由山西省煤炭地質研究所進行了煤的自燃傾向性檢測，從檢測結果看，15號煤層自燃傾向等級為Ⅱ類，屬Ⅱ類自燃煤層。綜上所述，本井田15號煤層屬自燃煤層。

2.4采煤方法及回采工藝15101工作面采用傾斜長壁后退式綜合機械化低位放頂煤一次采全高全部垮落采煤法。工作面采用MG300/730-WD雙滾筒采煤機，采煤機截深0.80m;前、后運輸設備均采用SGZ-764/630型可彎曲刮板輸送機。工作面排頭(尾)架為ZTA6500-19.5/34型;中間架為ZF4800-17/32型;采用全部垮落法管理采空區;工作面走向長度(切眼長)150m，工作面傾斜長452-464m，工作面采高3.0±0.1m，放煤高度3.33m，循環進度0.8m，放煤步距為0.8m，即“一采一放”為一個循環。

表2-2 15101綜采放頂煤工作面主要參數表

2.5工作面主要設備2.5.1工作面支架(一)放頂煤液壓支架(中間架)為ZF4800/17/32型，數量96架，布置于15101綜采放頂煤工作面切眼。

主要技術特征：

1、 型號 ZF4800/17/32

2、 支撐高度 1700~3200mm

3、 工作阻力 4800KN

4、 支架寬度 1420~1590mm

5、 立柱 單伸縮機械加長(4根)

6、 支護強度 0.65Mpa

7、 立柱缸徑 Φ200mm

8、 立柱柱徑 Φ185mm

9、 支架操作方式 本架操縱

10、支架型式 四柱支撐掩護式低位放

11、泵站壓力 31.5Mpa

12、推移步距 800mm

13、支架中心距 1500mm

14、行程(前后立柱 ) 870/630mm

15、初撐力 3958KN

16、底板平均比壓 1.79Mpa

(二)、端頭(尾)支架：ZTA6500/19.5/34型，數量6架，布置于切眼。

主要技術特征：

1、 型號 ZTA6500/19.5/34

2、 支撐高度 1950~3400mm

3、 工作阻力 6500KN

4、 支架寬度 1520～1690 mm

5、 立柱 雙伸縮機械加長(4根)

6、 支護強度 0.75Mpa

7、 立柱缸徑 Φ250/Φ180mm

8、 立柱柱徑 Φ235/Φ160mm

9、 支架操作方式 本架操縱

10、支架型式 四柱支撐掩護式低位放ax

11、泵站壓力 31.5Mpa

12、推移步距 800mm

13、支架中心距 1500mm

14、行程 1435mm

15、初撐力 6184KN

16、底板平均比壓 1.80MPa

2.5.2工作面其他主要設備表2-3 15101綜采放頂煤工作面配套設備技術特征表

2.6 工程概況15101綜采放頂煤工作面目前已安裝完畢，根據集團公司相關文件及主體礦要求，以及礦上安排，需要在初采前對頂板進行預裂。根據工作面現場情況首先把支架前移，然后將尾梁收回，將尾梁上方的頂網按打眼位置要求剪開，在后溜上方距切眼北幫0.5—1.2m處頂板進行打預裂爆破孔、所有炮孔施工完畢后，然后進行裝藥深孔爆破作業，最終達到頂板預裂要求。

三、頂板弱化處理方案3.1 主要設計參數根據理論計算和實踐經驗結合工作面開采情況，15101工作面初采前頂板預裂主要設計參數如下：

(1)頂板處理高度：開切眼頂板處理高度13.5m，端頭最大垂直高度15.5m;

(2)孔徑75mm;

(3)炸藥密度：1194.265kg/m3;

(4)炸藥爆速：2800m/s;

(5)徑向裝藥不耦合系數：1.25;

(6)破碎區半徑為0.39～0.84m;

(7)裂隙區半徑為1.63～3.28m;

(8)孔距：4～6.0m;

(9)炮孔角度(水平仰角)：29～70°;

(10)封泥長度：不小于炮孔長度的20%～30%;

(11)抵抗線：大于4.8m。

3.2初始方案設計3.2.1炮孔布置工作面共施工炮孔27個，施工炮眼總長591.1 m。其中：

(1)切眼爆破炮孔布置，150m長的切眼共布置21個炮孔：

炮孔編號分別用數字：1、2、3、4、5、6、……20、21表示。炮孔軸線方向與切眼軸線方向平行，炮孔仰角如圖(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。其中1、2、3、4、5、6、……20、21炮孔均距開切眼外幫0.5m～1.2m處頂板打眼(考慮頂板錨桿、錨索位置，可在次范圍內調整)，切眼切斷爆破中施工炮眼總長456.72m。

(2)順槽破炮孔布置

①軌道順槽炮孔2個(用軌A、軌B表示)。其中：

軌A、軌B炮孔在軌順內幫布置，孔口均距切眼內幫7m;軌A孔口順槽頂板0m，軌B孔口距順槽頂板1m;炮孔軸線方向均與軌順軸線方向垂直，炮孔仰角分別為46°和37°(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角);炮孔長分別為21.57m、25.00m。

②膠帶順槽炮孔4個(用膠1、膠2、膠A、膠B表示)。其中：

膠1、膠2炮孔孔口距運巷外幫0.3-0.7m，距切眼內幫的距離分別為7.5m、10.5m。炮孔軸線方向與膠順軸線方向平行，仰角分別為44°和50°(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。炮孔長分別為20.9m、20.34m;

膠A、膠B炮孔在巷道內幫布置，孔口均距切眼內幫7m;運A孔口距巷道頂板0m，運B孔口距巷道頂板1m;炮孔軸線方向均與運巷軸線方向垂直，炮孔仰角分別為46°和37°(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角);炮孔長分別為21.57m、25.00m。

工作面設計炮孔參數與裝藥量見表3-1所示。炮眼布置見附圖所示。

表3-1 15101綜采放頂煤工作面設計炮孔參數與裝藥量

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四、施工機具和火工用品4.1鉆孔施工機具工作面炮孔鉆機采用ZLJ-350煤礦用坑道鉆機3臺(即通常叫150鉆機，圖4-1，也可用采用ZYJ-270/170鉆機，圖4-2，或礦上已有鉆機，不管何種型號完成炮孔即可)。并配備Φ42mm鉆桿(長1.5m鉆桿55根;長1.0m鉆桿20根)，金剛石鉆頭10個，直徑75mm。預計此鉆機鉆進15號煤層頂板砂巖速度為4～6m/h，頂板石灰巖鉆進速度為2～3m/h。

4.2炮泥制作機具PN-A型炮泥機2臺(如圖4-3)，炮泥規格Φ60mm×200m，用沙子與黃土制作。

圖4-1 ZLJ-350電動鉆機 圖4-2 ZYJ-270/170鉆機

圖4-3 PN-A型炮泥機

4.3火工用品種類炸藥：爆破所用炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規格為Φ60×500mm，1.5±0.3kg/卷。

雷管：雷管為煤礦許用8#毫秒延期電雷管。

導爆索：導爆索采用煤礦許用導爆索，導爆索是以太安、黑索金炸藥為藥芯、用棉線和塑料編織絲等作包纏物，并以塑料為防潮層組成，規格為Φ6.5±0.3mm，爆速≥6000m/s。深孔爆破爆破裝藥炮棍規格為Φ30×1000mm。所需的設備和火工品如表4-1、4-2匯總。

表4-1 15101綜采放頂煤工作頂板預裂所需設備及材料一覽表

4.4其它工具及材料預裂爆破需要用的其它工具及材料見表4-2所示

表4-2 爆破施工時所需其他工具

五、炸藥運輸工藝每個小班使用火工用品前，綜采隊根據當班使用量提前開出火工用品領料單，經生產技術部相關人員簽字，綜采隊爆破工直接到地面爆破材料庫領取，在保衛部、生產技術部、安監部人員的陪同下用人力運送到15101綜采工作面爆破警戒線以外的安全地點，由綜采隊派專職人員負責專門看管，爆破地點需要時，人工運送到裝藥地點。

六、巷道通風15101工作面板預裂爆破作業必須采用全壓式巷道通風。根據AQ1056-2008《煤礦通風能力核定標準》每千克炸藥(三級煤礦許用)供風量不小于25m3/min;

如果一次起爆一個孔最大炸藥量為54kg。計算可得工作面需要配風量為：Q=25×A=25×54=1350 m3/min

式中 ：A—一次起爆炸藥量最大為54kg。

預裂爆破前要對工作面風量進行實測，風量不足時進行調風以達要求。

七、作業程序、施工工藝、施工方法7.1作業程序抽采隊根據炮眼設計先行施工炮孔，炮孔施工完畢后，根據工作面現場條件，在條件具備的時候由綜采隊在太原理工大學指導下執行預裂爆破工作。

7.2鉆孔施工工藝7.2.1鉆孔施工勞動組織1、兩臺鉆機，三班作業。

2、跟班隊干或班組長1名，負責作業現場安全及該措施的執行。

3、每臺鉆機每班配備打鉆人員3名，負責鉆孔的施工。

7.2.2鉆孔施工機具參數打鉆選用ZDY-3200S型液壓鉆機，鉆機功率為37KW，額定工作電壓1140V，所用開關為QBZ-120型礦用隔爆開關，鉆桿φ73mm×1500mm，鉆頭使用φ75mm金鋼石復合片鉆頭，鉆機重2040kg。

7.2.3打鉆供電、供水、排水系統鉆機供電：鉆機電源由15101軌道順槽絞車開關上引出。上級電源由電機車修理間臨時采區變電所高開引出，通過15101工作面出煤巷3#移動變電站1140V電源供電。

打鉆供水：打鉆用水由15101工作面軌道順槽靜壓水管路就近引出

打鉆排水：15101工作面切眼臨時水坑排至15101工作面膠帶順槽臨時水倉，由15101工作面膠帶排水系統排出。

7.2.4 鉆孔參數共施工鉆孔27個，分別用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、膠1、膠2、膠A、膠B、軌A、軌B表示，需施工鉆孔591.10米。開孔位置為切眼頂板，距切眼老塘幫0.5-1.2m。鉆孔具體參數見附表7-1。

表7-1 15101綜采放頂煤工作面頂板預裂鉆孔參數表

7.2.5 鉆孔施工順序及編號管理鉆孔施工過程中要編號并掛牌，注明鉆孔相關參數，嚴格按照施工順序進行施工，確保鉆孔深度及角度符合設計要求，從軌道順槽方面向膠帶順槽方向傾斜施工，分別用軌A、軌B 、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、膠1、膠2、膠A、膠B表示。

7.2.6作業步驟7.2.6.1鉆機安裝⑴ 在地面將鉆機、鉆桿、開關及其它器材仔細檢查，確認完好合格，經調試正常后方可裝車下井，運輸到15101工作面軌道順槽距切眼7米處。

⑵ 鉆機等器材裝車由地面嚴格按照運輸管理規定運到施工地點。

⑶ 作業前，抽采隊要提前與綜采隊取得聯系以便配合進行打鉆作業。

⑷ 將作業現場清理平整，根據作業要求鋪設數層道木，道木之間要用8#雙股鉛絲捆綁牢固。