石炭二叠纪山4#煤层过特殊地质构造带综采开采工艺.docx
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石炭二叠纪山4#煤层过特殊地质构造带综采开采工艺
石炭二叠纪山4#煤层过特殊地质构造带综采开采工艺
一、立项原因
1、工作面概况
一盘区山4#8101工作面长228m，可采走向长度1788m，可采储量149.2万吨。
煤层厚度0.87～3.37m，平均2.64m，复杂结构煤层，含1～4层夹矸，夹矸厚度0～1m，平均0.57m。
2、围岩特征
①伪顶：
北部0.15m砂质泥岩，中部0.2m炭质泥岩。
②直接顶：
厚度0.71～10.6m，平均3.94m，岩性为灰褐色高岭质泥岩，灰色粉砂岩，灰白色细砂岩。
③老顶：
厚度2.7～7.95m，平均4.42m，岩性为灰白色粗砂岩。
④直接底：
厚度0.8～1.25m，岩性为灰褐色高岭质泥岩。
3、掘巷过程中，煌斑岩揭露情况
在掘巷过程中，头、尾巷均揭露煌斑岩侵入，2101巷侵入范围从570m～670m（采位），5101巷侵入范围从567m～736m（采位），其中：
（1）采位：
567m～640m，73m范围内为一层煌斑岩侵入；
（2）采位：
640m～693m，53m范围内为两层煌斑岩侵入；
（3）采位：
693m～736m，43m范围内为一层煌斑岩侵入；
一盘区山4#8101工作面由于受煌斑岩侵入影响，侵入区域内煤体侵蚀，煤质变为硅化煤硬度极高，煌斑岩硬度f=10.3。
4、回采过程中，煌斑岩侵入情况
工作面推进位置：
头510m（采位）、尾523m（采位）时，在工作面30#及90#支架底板处已揭露煌斑岩。
由于煌斑岩质地致密、坚硬（硬度f=10.3），机组截割困难。
当时以煌斑岩作底板，截割顶板岩石（保证采高不得高于2.5m）进行回采割煤。
当工作面推进至头570m、尾567m，已进入头尾巷道所揭露煌斑岩侵入区域。
二、研究内容
实际回采过程中从2011年12月10日开始，当工作面推进至头510m、尾523m处，切巷30架、90架揭露煌斑岩，与2012年3月23日，工作面推进至尾736m顺利通过煌斑岩侵入区域，侵入范围510—736m，侵入长度226m，采出煤量22.6万吨。
由于煌斑岩质地致密、坚硬（硬度f=10.3），机组截割困难，在实际回采过程中，通过采用以下几方面措施顺利通过煌斑岩侵入区域：
一）人力资源管理
为了确保顺利通过煌斑岩侵入区域，公司党政高度重视，曾多次召开专题会议，制定多项方案、采取多项措施，力争以最小的人力、物力投入，换取最大化的经济效益，实现“精采细采”，提高不可再生资源回收率。
为了保证8101工作面顺利通过煌斑岩侵入区域，特成立以董事长为首的过煌斑岩开采技术攻关领导组，并制定了具体领导组人员职责。
过煌斑岩开采期间，领导组人员采用“三·八”制盯班上岗，组织、协调好综采及普掘队组生产关系，保证施工人员、支架及机电设备安全。
并统一协调、疏导各生产环节关系，集中人力、物力、设备投入优势，全力保证顺利通过煌斑岩侵入区域。
制定过煌斑岩期间机电设备维护、顶板管理、通风等安全技术措施。
二）过煌斑岩开采技术管理
1、“浅孔预爆破”开采技术
1）钻机的选择
根据煌斑岩的岩性和打孔的深度及现有钻机选用7655凿岩机能满足需要。
2）爆破器材的选择
塔山矿属于高瓦斯矿井，根据《煤矿安全规程》规定，预爆破可采用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药，导爆索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，放炮使用放炮器。
3）预爆破参数的确定
预爆破位置的确定：
从5101回风巷567m处开始到736m处，沿走向长度169m。
预爆破炮孔与巷道位置和各炮孔位置：
当煌斑岩位于底部，厚度为500～800mm，
施工一排孔，孔间距1000mm；煌斑岩厚度为800～1500mm时，施工两排孔，孔间距600mm。
炮孔角度：
水平角度（与工作面煤壁夹角）孔与工作面煤壁夹角为90°，考虑打孔和孔里不能有水，仰角选择0.1～0.3度。
孔深：
由于煌斑岩侵入区域为不规则形，孔深不能太深，一般选择在孔深1.2m为适中。
装药和封孔：
装药采用人工装药，通过水炮泥及炮土进行封孔。
4）“浅孔预爆破”效果评价
通过采用“浅孔预爆破”技术，对煌斑岩进行松动爆破。
爆破后效果，通过爆破使煌斑岩暴露自由面增大，煌斑岩产生不规则裂隙，降低机组对煌斑岩截割强度。
2、减小机组截深及牵引速度，降低采高，减少岩石截割厚度。
3、进入煌斑岩侵入区域前，更换高强度截齿，增大滚筒对煌斑岩截割强度。
4、在煌斑岩侵入区域回采过程中，每隔两小时检查一次滚筒截齿损坏程度，当截齿合金钢磨碎严重时，及时更换新截齿，保证机组滚筒对煌斑岩的有效截割。
5、针对煌斑岩侵入区域不同的特征，采用不同的方法进行回采（挑顶或刹底），煌斑岩侵入区域对回采影响较大主要分为三个阶段：
第一阶段：
当工作面回采至采位567m～640m时，73m范围内为一层煌斑岩侵入，主要侵入在工作面底部，采用挑顶及“浅孔预爆破”技术松动煌斑岩硬性截割的方法进行回采。
其中，工作面挑顶高度500mm，预爆破松动煌斑岩厚度500mm。
第二阶段：
当工作面回采至采位640m～693m时，53m范围内为两层煌斑岩侵入，主要侵入在工作面中部和底部。
回采过程中，以中部煌斑岩作为顶板，采用刹底及“浅孔预爆破”技术松动底部煌斑岩的方法进行回采。
其中，刹底厚度600mm，预爆破松动煌斑岩厚度700～900mm。
第三阶段：
当工作面回采至采位693m～736m时，43m范围内为一层煌斑岩侵入，主要侵入在工作面底部。
回采过程中，采用挑顶及“浅孔预爆破”技术松动底部煌斑岩的方法进行回采。
其中，挑顶高度300mm，预爆破松动煌斑岩厚度500mm。
三）过煌斑岩开采技术方案比较
1、“浅孔预爆破”技术，硬性通过煌斑岩侵入区域
综上所述，采用“浅孔预爆破”技术结合挑顶或刹底硬性截割煌斑岩的采煤方法，8101工作面多采出煤量22.6万吨，提高可布面回采率，实现资源回收最大化。
2、8101工作面搬家——重新开切眼
当工作面遇煌斑岩侵入区域时，重新开切眼，将投入大量的人力、物力，工作面安全隐患也相应增大。
切巷长228m，机掘队组日进10m，需施工45天，开尾壁龛断面18×1.5×3.1m，还需施工组合锚索、机组起重锚索、滚筒窝等零星工程，需5天，开切眼合计共需50天。
8101工作面搬家时间30天，人员投入约100人/班，新切眼为了保证安全运输液压支架，需对工作面底板进行硬化，新切眼底板硬化规格228×8×0.2m。
重新开切眼及工作面搬家材料消耗表
序号
材料名称
材料型号
单位
数量
1
左旋无纵筋螺纹钢锚杆
φ222.5m
套
4320
2
护帮锚杆
φ181.8m
套
1527
3
锚索
φ17.85.3m
套
1360
4
组合锚索
φ17.85.3m、10.3m
套
240
5
单体液压支柱
DW40—150/100X
根
660
6
金属网
m2
7370
7
玻璃锚杆
φ181.8m
套
1530
8
4.0m长“W”型钢带
4000×150×3
根
510
9
4.8m长“W”型钢带
4800×150×3
根
240
10
3.5m长工字钢梁
11#工字钢
根
120
11
2.8m木柱
φ20
根
532
12
方木
1200×200×200
根
1824
通过上述两个方案比较，随采用“浅孔预爆破”技术，硬性通过煌斑岩侵入区域回采周期长，材料、配件消耗量大，但工作面出煤量增加，人力、物力等综合投入量相应降低。
而选择工作面搬家，重新开切眼，既需要投入大量的人力、物力，又增加矿井安全生产隐患，雁崖扩区将近两个半月无回采产量。
三、技术创新点
1、8101工作面过煌斑岩侵入区域时，针对煌斑岩硬度大、致密等特点，采用“浅孔松动爆破”的方法，将煌斑岩提前进行预爆破（松动爆破）。
爆破后效果，通过爆破使煌斑岩暴露自由面增大，煌斑岩产生不规则裂隙，降低机组对煌斑岩截割强度。
2、在煌斑岩侵入区域回采过程中，每隔两小时检查一次滚筒截齿损坏程度，当截齿合金钢磨碎严重时，及时更换新截齿，保证机组滚筒对煌斑岩的有效截割。
3、针对煌斑岩侵入区域不同的特征，采用不同的方法进行回采（挑顶或刹底）。
4、针对爆破产生的有毒有害气体及稀释瓦斯，工作面过煌斑岩期间，调整工作面风量。
工作面风量由2500m³/min增加到3500m³/min，每班配专职安瓦检工及救护队员盯班上岗。
四、社会经济效益
8101工作面顺利通过煌斑岩侵入区域，多采原煤22.6万吨，增创经济效益1.24亿元，提高了资源回收率。
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