14 采区运输石门揭煤设计及顶煤固化技术实践

蔡 鹏

（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 102200）

1 概况

赵家寨煤矿位于河南省郑州市新密煤田东部区域，生产能力每年300万t，主要开采山西组二1煤层，平均煤厚5.5 m，为典型“三软”煤层。2015 年9月矿井升级为煤与瓦斯突出矿井。目前正在开发的14 采区可采储量20.3 Mt，服务年限7.9 a，共布置8 个工作面。采区设计为单翼采区，走向长1700 m，倾向宽平均1800 m，布置有运输、轨道和回风三条上山。上部新建西风井，回风上山通过总回风石门与西风井连接；下部通过-325 西翼轨道、运输大巷及上仓运输斜巷与井底车场、主井煤仓相连接，构成采区主要运输路线和辅助运输路线。目前14 采区上山已贯通，正在施工14 采区运输、轨道上山工程。

14 采区运输上山采用锚网喷/36U 钢支护，净断面16.7 m2，设计工程量1526 m，已施工1262 m。目前迎头（通1 点前18 m）巷顶距二1 煤层底法距6 m，预计向前25 m 将揭露二1 煤层，煤层倾角-9°，厚度7 m，揭煤段长度60 m，如图1。

图1 14 采区运输上山揭煤巷道与二1 煤层位置示意图

2 揭煤设计及爆破方案

2.1 揭煤设计

巷道施工至巷顶距煤层法距2 m 时施工导硐，具体方法为：目前迎头位置向前掘进18 m 后停止施工（即巷顶距煤层法距为2 m 位置，实际掘进距离以现场探测为准），保留距煤层法距2 m 的岩顶继续向前掘17 m（即以-9°坡度向前掘进17 m）。导硐规格宽×高为3 m×3 m 的方形巷道，采用临时支护，在导硐迎头4 m 范围巷顶进行装药揭煤，采用远距离放炮一次直接揭开煤层，揭开煤层后巷道轮廓线内煤厚不小于巷高的三分之一，如图2。

图2 14 采区运输上山导硐揭煤

2.2 揭煤爆破设计

炮眼布置采用岩眼和穿岩煤眼相间排列方式（图3），炮眼间距为0.5 m。岩眼终孔于煤层底板以下0.1 m，穿岩煤眼进入煤层0.5 m，煤眼深为2.5 m，岩眼深为1.9 m。经计算实际布置炮眼48 个。炸药量根据同等岩石条件（砂质泥岩）下掘进爆破经验，根据爆破参数图4，煤孔装药量为1.2 kg/孔（即6卷），岩孔装药量为1 kg/孔（即5 卷），实际总装药量为52.8 kg。为确保所有炮孔在整个爆破过程中一次性全部起爆，爆破网络连线方式采取大串联连线。爆破雷管采用毫秒延迟电雷管，进行分段起爆，岩孔第一段，煤孔第二段。爆破参数表见表1。

图3 炮眼布置示意图（m）

图4 爆破参数图

表1 爆破参数表

3 煤体加固方案及措施

14 运输上山揭煤区域卸煤量为457 t，预计揭煤区域形成大量空洞。为防止揭煤期间发生冒顶事故，揭煤施工前采用向揭煤区域注水泥浆的方法对煤体进行充填和固化。

3.1 注浆孔参数

本次顶板固化措施利用原有的9 个水力冲孔进行注浆，目前孔口已安装有套管及2 寸球阀变头，钻孔参数及位置如图 5、图6。

图5 注浆孔位置示意图

图6 注浆孔位置平面示意图

3.2 注浆方案

注浆材料采用水泥水玻璃双液浆注浆，选用2ZBQ-8/10 煤矿用气动注浆泵。由于顶板上方揭煤区域存在大量空洞，煤体可能破碎，注浆时根据现场情况，合理调整注浆浆液配比。

浆液构成使用PO42.5 MPa 普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比0.6:1～0.8:1（根据情况在小范围内调整）。水泥—水玻璃配比：堵漏使用水泥—水玻璃双液浆时，水泥浆配比不变。水泥浆和水玻璃的体积比1:0.4～1:0.6。注浆方式：注浆时间采取间隔注浆，防止钻孔串浆，注浆终止压力2～4 MPa，封孔位置在孔内深度为2.5 m（根据现场注浆情况确定是否进行喷浆）。水玻璃浓度40°Bé，水泥水玻璃双浆凝结时间51 s。

3.3 采取措施

（1）注浆前先利用小注浆泵将14 运输迎头所有抽放孔注水泥浆封堵严密，防止加固期间跑浆漏浆。

（2）西风井项目部负责将西风井注浆管路连通并延接至14 运输迎头10 m 范围内。

（3）注浆队负责准备直径为25 mm 的高压胶管及阀门，并加工三通卸压阀门。

（4）注浆前准备工作：① 提前对注浆管路进行排查，确保完好，无破碎、损坏；② 进行注浆管路试验、冲洗，确保管路畅通、牢固、可靠；③ 注浆管路耐压试验，试验压力≥10 MPa，持续时间≥30 min；④ 测试、检验合格再注浆。

（5）注浆过程：① 有专人巡视、检查注浆管路；② 注浆管路发生故障时，需快速、及时处理；③ 如故障处理时间较长，及时冲洗管路，避免管路拥堵堵塞。

（6）注浆结束并达到注浆标准后，先关闭孔口阀门，再卸下孔口高压胶管，为下一个钻孔注浆做好准备工作。钻孔注浆结束24 h 内，不得打开阀门。注浆结束后，及时冲洗管路，避免浆液沉淀、堵塞管路。

（7）施工到巷顶距煤层法距2 m 位置时，编制揭煤金属骨架或煤体固化防冒顶措施。

4 实践效果

2016 年9 月石门揭煤导硐施工完成，由于揭煤施工前向揭煤区域采取了煤体进行充填和固化措施，揭煤时采用小断面导硐施工远距离爆破揭露煤层的方法，导硐施工范围内受采动影响较小，顶板围岩相对稳定、可靠，快速完成了放炮打眼、装药、联线等远距离爆破揭煤前的准备工作。爆破前井下所有作业人员全部撤离至地面，切断井下所有设备供电（除风井、水泵主要设备），然后进行地面远距离爆破。爆破后瓦斯浓度有所增加，但均在安全控制范围以内。掘进面爆破现场揭露煤层，未发生顶板大面积冒顶煤矸堵塞巷道事件。顶板爆破范围内有较小范围空顶，采取泡沫材料充填空顶区域并进行锚网喷浆加强支护，揭煤达到预期效果。

5 结论

赵家寨煤矿14 采区首次石门揭煤工程实践，采用的小断面导硐施工远距离爆破揭煤方法和煤体充填、固化等措施，有效避免了高瓦斯煤层石门揭煤发生顶煤大面积冒落和瓦斯超限的事故，顺利完成了远距离爆破一次揭露松软不稳定厚煤层，为同类工程地质条件下的瓦斯治理和巷道揭煤提供了丰富的宝贵经验。