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小煤柱開采,來看“同忻方案”!

日期:2022年03月30日 來源:晉能控股集團網站

  煤業集團同忻煤礦公司組織技術人員不斷探索小煤柱開采新技術、新工藝,運用堅硬頂板采前高位預裂爆破的方法,初采30米范圍內同比多回收原煤3萬噸、增收1500萬元,為礦井綠色低耗開采、安全高效運行蹚出了新路。

早研發防來壓

  同忻煤礦公司主采煤層地底埋藏深度520米,平均煤厚12.5米,直接頂、老頂以厚硬砂巖為主,K8砂巖距煤層54米。自2020年6月,該公司8102 綜采工作面實施“留設5米小煤柱”的技術開采以來,已開采了3個工作面,煤炭回采率、礦井服務年限都得到了大幅度提升。但工作面頂板周期來壓步距較大、不穩定以及礦壓顯現強烈等問題,依舊是困擾該公司的難題。“我們現在的小煤柱工作面開采與以往30米區段煤柱工作面相比,回采期間巷道礦壓顯現雖然有所減弱,但仍然存在局部區域因礦壓產生的巷道漿皮開裂脫落、地裂隙和幫鼓底鼓等問題。”該公司技術部部長說。

  為了讓小煤柱開采技術更好地服務礦井安全生產,該公司總結以往工作經驗,在8210綜采工作面掘進過程中,積極組織生產技術人員成立科技攻關團隊,收集、匯總各類現場數據,并將數據導入該礦新建的“模塊化數據中心”進行大數據集中分析。

  同時,技術人員結合煤層硬度、產狀、夾石以及物理力學性質、地質構造、頂底板巖性等情況,對方案進行反復論證,不斷優化開采布局、設備配置、支護材料等,確保新工藝在技術上可行、在方案上合理、在實施上嚴密。

  經過不斷設計優化 ,電腦三維仿真模擬,技術人員最終確定了在綜采工作面開采初期于切眼巷和兩順槽提前采用預裂爆破工藝預裂頂板,使采空區頂板能及時垮落,消除工作面強礦壓顯現隱患。

單工工效明顯提升

  “為確保強制放頂效果,在預裂爆破期間,我們嚴格按照深孔爆破弱化方案設計施工,并組織專業技術人員對裝藥、封孔等爆破作業環節進行現場指導,對施工效果進行嚴格對標提標考核評價,確保前期作業精準實施。”掘進管理辦公室主任說。

  2021年11月2日,該公司首次在8210工作面實施初采深孔爆破強制放頂作業,先在頭部巷道進行裝藥爆破,處理上端頭頂板,接著在5210巷實施爆破切頂,工作面支架安裝完畢后,向前推進3.2米左右,實施切眼爆破。期間,為確保動態施工參數精準合理,公司抽調高級工程師10名、工程師25名,在現場不斷研究分析瓦斯涌出參數、小煤柱留巷圍巖應力分布和變形特征,并通過“智慧通風系統”隨時按需調整工作面通風供風比例等,為項目的順利開展提供可靠保障。

  最終,整個項目在安全措施到位、精準調控到位、責任落實到位的前提下歷經一個月,完成了切眼初放工作,為工作面安全、高效開采夯實了基礎。

  該工作面在推進到9米時,頂煤開始垮落,能夠部分放煤;到14.3米時,頂煤基本垮落充分,全工作面可以放煤 ;到18.9 米時,頂煤全部直接垮落;到42米時,工作面顯現初次來壓,33—100號支架出現增阻現象,部分達48兆帕—55兆帕;后續開采經開啟5個支架安全閥,間斷性來壓步距達到56米。

  以上數據相比臨近工作面初次來壓步距明顯減小,來壓強度減弱,支架沒有明顯下縮。“經過 15天初采試驗,未發生巷道幫鼓、底鼓現象,頂煤回收率提高了2.7%,同樣的工作量,單工工效有了明顯提升。”負責開采該工作面的綜采隊隊長說。

采煤效率和安全系數同步提高

  “技術方案實施后,基本頂初次來壓步距42米,頂板微震頻率降低75%,不僅為礦井安全生產穩定高效作出了貢獻,也使技術人員解決礦井安全生產難題、優化生產工藝和開展技術創新更有信心。”該公司總工程師介紹。

  為增強工藝效果,該公司協同采用“區段煤柱覆巖超長孔卸壓技術”,對臨近小煤柱巷道掘進前的堅硬巖層實施超長孔定向水力壓裂,減少了上位覆巖向工作面和采區巷道的應力轉移,為臨近工作面沿空小煤柱巷道掘進、維護提供了保障;對錨索調動深部圍巖承載能力進行了研究,從錨索失效原因入手,從錨索施工工藝與受力2個方面展開對預緊力原則的探討,提出錨索合理預緊力的確定方法,為弱膠結軟巖巷道錨索支護提供了參考。

  同時,該公司對覆巖層鉆孔測井、超前支承壓力與側向支承壓力、巷道圍巖變形、錨桿錨索受力、覆巖運移規律進行了監測,確定了工作面頂板隱患治理及應力分布優化技術方案,通過預裂爆破工藝及精準高效的輔助技術,實現了采煤效率和安全系數同步提高。

  此外,該公司結合智能通風、智能瓦斯抽采、智能供電等智能化管控系統,完成了小煤柱開采新工藝的實時生產數據收集、匯 總,為智能化開采系統再次升級和智慧礦山建設的不斷完善提供了依據。

( 作者:吳玲 李文斌  責編:劉丹 )

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