141综采工作面顶板超前预裂爆破安全技术措施.docx
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141综采工作面顶板超前预裂爆破安全技术措施
第一章 工作面基本情况
第一节 工作面位置
141综采工作面地面位置位于矿区南部,地表地形为山地丘陵,山体表面为坡积物。
地面标高+1699-+1756m。
井下位于井田西翼,北部为143工作面(未回采),东部为矿井轨道上山和运输上山。
工作面标高为+1540~+1586m,为井田一水平。
本工作面开采煤层为B42煤层。
工作面对应的地表范围内无建筑物、河流、公路通过,回采时对地面无较大影响。
第二节 工作面巷道布置及几何尺寸
141综采工作面有三条巷道,分别为:
141回风顺槽、141运输顺槽及中间巷,分别沿煤层走向平行布置。
141综采工作面走向长度为1133.2m,倾向长159.5m。
第三节煤层赋存特征
根据回采地质说明书,B42煤层平均厚度3.13m,煤层结构简单,煤层倾角10°-15°。
一水平B42煤层产状:
1、煤层方位:
该工作面为单斜构造,产状3º,煤层倾角10°-15°,且煤层节理发育,结构较为简单,稳定可采。
2、煤层厚度:
B42煤层水平厚度在+525水平最大为3.77m,最小厚度为2.45m,平均厚度为3.13m,现回采段平均采高3.0m。
3、煤层结构:
该煤层内无夹矸。
该煤层属中-厚煤层,煤层节理较发育,结构简单。
4、煤层顶底板情况
根据新疆准南煤田ZK401钻孔资料(工作面较近钻孔为ZK301钻孔),顶板依次向上为1.2m粉砂岩、3.3m粗砂岩、2.2m泥质砂岩、5.0m中砂岩,底板为泥岩和细砂岩,结构如下表:
煤
层
顶
底
板
情
况
顶板名称
岩石名称
厚度(m)
岩石特征
基本顶
中砂岩、粉砂岩
16.95
中砂岩以长石、石英为主,粉砂岩灰白色,碎裂状,质硬,节理极发育,破碎。
直接顶
粉砂岩
8.7
灰白色,碎裂状,节理极发育,破碎。
伪顶
直接底
泥质砂岩、细砂岩
2.96
泥岩以泥土矿物为主。
较松软。
灰黑色、层理节理发育,局部见煤屑。
老底
第四节水文地质
1、煤层含水情况
该煤层上覆岩层为含水煤层,水文地质较复杂,补充水源主要来自地面河沟水补给。
2、地表河流
该工作面对应地表无河流,东沟河对工作面的回采无直接影响。
3、涌水情况
该工作面的涌水水源主要是地表河流补给、大气降水,为主要构成部分,根据141工作面回采地质说明书,工作面最大涌水量92.323m3/h,正常涌水量61.55m3/h。
第五节瓦斯、煤尘、煤层自然发火情况
1、瓦斯情况:
根据《补勘报告》、《141综采工作面地质说明书》等属于低瓦斯煤层,B42煤层相对瓦斯压力为0.03-0.1MPa,煤层瓦斯含量为1.59m3/t-1.97m3/t。
2、煤尘情况:
煤层自身有爆炸危险性。
3、煤层自燃发火情况:
有自然发火倾向,最短的发火期为36天。
第六节工作面设备配备
工作面主要设备:
MG400/940-WD1采煤机一台,100架ZY6000/22/43型掩护式液压支架及8架ZYG6000/22/43型过渡支架支护工作面顶板;ZCZ14720/24/42超前支架;SGZ800/2×400刮板输送机一台,SZZ800/250转载机一台,B=1200mm、ST630胶带输送机一台,PLM2000型破碎机一台,BRW250/31.5型乳化泵等设备。
工作面设备配备表1
序号
设备名称
型号
数量
单位
1
采煤机
MG400/940-WD1
1
台
2
液压支架
ZY6000/22/43
100
架
3
过渡支架
ZYG6000/22/43
8
架
4
端头支架
ZT14400/22/43
1
组
5
机巷超前液压支架
ZCZ14720/24/42
2
组
6
风巷超前液压支架
ZCZ22080/24/42
3
组
7
刮板输送机
SGZ800/2×400
1
台
8
转载机
SZZ800/250
1
台
9
破碎机
PLM2000
1
台
10
可伸缩带式输送机
B=1200mm、ST630
1
台
11
乳化液泵
BRW250/31.5
2
台
12
喷雾泵
BPW315/6.3
2
台
第二章顶板预裂爆破实施方案
根据新《煤矿安全规程》第一百一十五条第四款严禁在工作面内采用炸药爆破方法处理顶煤、顶板、及大块煤的规定,停止架后放炮爆破工艺,实施工作面顺槽超前预裂爆破。
根据我矿实际情况,编制工作面超前预裂爆破方案。
详见附图。
第一节超前深孔预裂爆破
(1)顶板处理高度的确定
141工作面采高按平均为HC=3m,设顶板崩落厚度为HX,岩石碎胀系数为
=1.4,为保证冒落顶板能完全充填采空区,使如下公式成立:
计算得,
=3/(1.4-1)=7m。
根据东沟煤矿地质条件,依据顶板处理高度的计算,为留有一定的富余系数,确保基本定能够垮落,确定141工作面顶板岩层处理范围为沿工作面顶板至上方20m的垂直高度。
(2)爆破参数的确定
1)炮孔直径
采用深孔爆破弱化顶板,一般炮孔直径在50mm~80mm。
当炮孔直径较小时,装药比较困难,而且爆破影响范围与炮孔爆破直径成正比关系,炮孔孔径小爆破效果较差,但当炮孔直径太大时,封泥困难,会影响爆破效果。
因此,深孔爆破弱化顶板炮孔直经不能太大也不能太小,141工作面深孔爆破炮孔直径定为Φ75mm。
2)组内炮孔间距
炸药爆炸后,从爆源向外依次形成压碎区、裂隙区和震动区。
计算爆破作用下产生的裂隙区范围,可以确定合理的炮孔间距。
由于爆破是在无自由面情况下进行的,不耦合装药时,按爆炸应力波计算卸压爆破的裂隙区范围。
不耦合装药爆破,作用于孔壁上的径向应力峰值,即初始冲击压力
为:
式中:
、
—分别为炸药密度和爆速:
=1.27×103kg/m3,根据三级煤矿许用乳化炸药性能指标及规格,爆速≥2.8×103m/s,根据经验值爆速取值
=4400m/s;
、
—分别为炸药和炮孔直径,为Φ60mm和Φ75mm;
n—爆生气体碰撞岩壁时产生的应力增大倍数,n=8~12,取12。
式中:
岩石的泊松比
,抗拉强度
,三号乳化炸药密度
=1.27g/cm3,衰减指数a=1.3。
说明在炮眼直径为Φ75mm,药卷直径在Φ60mm的情况下,炸药爆炸后形成的裂隙区半径为3194mm,直径为6388mm。
根据上述顶板的力学参数和3号乳化炸药性能参数,计算结果为裂隙区直径大于7000mm。
因此,在保证足够安全的情况下,同时使工作面顶板产生预裂,达到顶板无法出现应力集中的前提下,因此此次组炮间距定为12000mm。
3)炮孔深度
炮孔深度主要由顶板的厚度、工作面长度、煤层倾角、孔底距离、孔口距离确定,确定方法是根据这些参数用做图法进行确定。
而炮孔深度不能太深,如炮孔太长在装药中会增加很大的困难,且容易出现“卡孔”现象。
4)封孔长度
柱状药包爆破时,煤岩体抗爆能力随炮孔深度增加而增加,而炸药爆煤岩能力与封孔长度和煤岩体抗爆强度有关。
若封孔长度过短,抗爆能力降低,在爆炸时会产生抛掷漏斗影响爆破效果,特别是将破坏顺槽的稳定与支护。
如果封孔长度大于其临界长度,使爆煤岩能力小于抗爆能力,爆炸时封孔段煤岩体不能形成裂隙,同样影响爆破效果。
因此,合理的封孔长度,既要保证封孔段煤岩体松动预裂,同时又不能产生抛掷漏斗。
根据一般情况考虑,深孔爆破时封孔长度应为孔深的25~30%,但考虑到爆破点距煤层顶板较近,容易造成架前漏顶事故,根据经验爆破点应控制在煤层顶板上方6m以上。
5)炮眼采用ZDY-1900S型全液压坑道钻机施工,钻头为Φ75mm合金钢钻头。
(2)顶板超前预裂
煤层顶板是影响冲击地压发生的最重要因素之一。
顶板爆破就是将顶板破断,降低其强度,释放因压力而聚集的能量,减少对煤层和支架的冲击振动。
在顶板弯曲下沉时,在条痕处形成拉应力而断裂。
目前超前预裂爆破技术在我矿使用较成熟,在141工作面将继续使用该项技术处理顶板。
钻孔参数如下:
(1)具体施工参数
①设备及工具
钻机的型号:
ZDY1900S煤矿用全液压坑道钻机,钻机及配套钻杆。
②炮孔布置及参数
超前工作面60m处起,每12m一组炮孔,炮眼布置垂直于巷道中心线,如图1所示,炮眼参数见表。
炮孔布置及参数
(a)平面图
(b)剖面图
图1顶板超前预裂爆破
③装药参数及结构
钻孔装药和封孔长度明细见下表2:
。
爆破参数表2
位置
孔号
钻孔长度/m
水平转角/°
仰角/°
装药长度/m
封孔长度/m
装药量/kg
上顺槽
1#
30
90
32
19
11
47.5
2#
42
90
17
27
15
67.5
中间巷
3#
35
90
52
23
12
57.5
4#
25
90
77
16
9
40
5#
23
90
49
16
7
40
6#
33
90
27
21
12
52.5
下顺槽
7#
40
90
48
25
15
62.5
8#
29
90
63
19
10
47.5
备注
水平转角以巷道中心线为轴向两侧转过的角度。
钻孔采用黄土和水泥锚固剂联合封孔。
同组炮孔必须在全部施工完毕后再进行起爆,上、下顺槽炮严禁同时起爆,同组炮孔应采用孔内并联空外串联的爆破方式一次爆破。
随工作面推进循环实施钻眼放炮工作。
④效果检验
记录爆破前、后的支架压力,进行爆破前后对比。
同时,采用钻屑法监测进行检验,钻屑法的监测等。
⑤制定安全措施及作业规程
施工前,必须制定相应的安全措施及作业规程,作业规程中明确规定超前预爆要求。
第二节上、下端头超前预裂爆破
(1)端头超前欲裂爆破原理
为确保工作面在正常回采期间满足顶板随采随冒,避免尾巷超长导致悬顶及时的释放顶板弹性能,因此对工作面上下端头顶板进行超前预裂爆破。
(2)炮孔布置及施工
1、炮孔布置
端头超前预裂孔分别布置在上顺槽靠上帮开始施工,下顺槽靠上帮开始施工。
每组施工两个钻孔,孔深20m步距5m,钻孔布置见图2、图3,具体施工参数见表3.
1、钻机型号
钻机型号:
ZDY1900S煤矿用全液压坑道钻机,钻机及配套钻杆。
图2端头超前预裂爆破平面图
图3端头超前预裂爆破剖面图
表3端头超前预裂爆破孔钻孔及装药参数
参数
上顺槽
下顺槽
1号孔
2号孔
1号孔
2号孔
炮孔长度/m
26m
26m
26m
26m
水平角度/°
-10°
0°
0°
10°
垂直角度/°
90°
90°
90°
90°
封孔长度/m
9m
9m
9m
9m
装药量/kg
42.5
42.5
42.5
42.5
备注
水平角度为钻孔和巷道中线的夹角。
钻孔采用黄土和水泥锚固剂联合封孔。
同组1#、2#炮孔必须在全部施工完毕后再进行起爆,上、下顺槽炮严禁同时起爆,同组1#、2#炮孔应采用孔内并联空外串联的爆破方式一次爆破。
第三章 安全技术措施
第一节打钻安全措施
1.钻机操作人员必须认真学习巷道布孔设计方案,了解掌握强制放顶爆破技术参数,并严格按方案进行布孔打孔,严格按钻机操作规程操作。
2.打孔时孔位、角度根据参数严格按设计要求布置,不得随意改变。
3.搬运钻机必须由3人以上人员作业,抬钻人员必须同心协力,轻拿站稳后统一脚步慢慢行走,放电缆,放钻时轻放。
4.保证成孔质量,稳钻要牢固,防止出现稳钻不牢而形成孔内拐弯无法装孔现象,打完孔后班长必须检查一次,如发现孔壁变形,出现断层,及时汇报调度室,重新补打孔。
5.钻机稳好,钻机打设不少于2根戗柱,戗柱接顶,在顶板破碎的地方要“戴帽”,严禁铁对铁打设戗柱,在戗柱和钻机底座之间必须垫木板。
先空运转2-3分钟,确保正常后,方可开始打孔,有问题及时处理,严禁带病运转。
6.每台钻机严禁单人操作,必须一人操作,一人监护。
7.钻机工作时,严禁人员从钻机处随意穿行。
8.钻机操作人员穿戴要整齐、利索、衣襟、袖口、裤脚必须束紧,严禁带手套操作。
9.每一位操作人员打孔时必须佩戴防尘口罩并做喷头进行洒水降尘。
10.打孔时,注意力要集中,做到手不离按钮,眼不离钻机,如发生以外时,准确、及时、迅速地停止运转。
11.禁止用手、脚直接制动机械运转部分;禁止将工具和其他物品放在钻机上。
12.钻进过程中,一旦发现“见软”、“见空”、“见水”和变层,要立即停钻,记录深度,同时向调度室汇报。
13.岩石钻在接长、退钻杆,使用扳手卡钻杆时,必须有专人负责,扳手要卡紧并用绳子将扳手绑好,防止误操作或扳手飞出伤人。
14.岩石钻运到指定位置后,在布孔位置先打四根单体液压支柱(保证初撑力),然后用大“U”形卡子把钻机按布孔要求的角度固定在单体支柱再进行打孔。
15.打完孔必须按要求如实汇报并作好记录。
第二节爆破安全技术措施
1.炸药采用乳化炸药,药包规格为Φ60×600mm,雷管采用矿用毫秒延期电雷管,联线方式为串联,起爆方式采用延期电雷管起爆,起爆器型号为MFB-200型,装药及炮泥长度见表2-1,炮泥采用黄泥制作,炮线采用1.5mm2细电缆且用交流电做起爆电源。
2.炮眼采用连续偶合方式装药,采用4发电雷管,2发为一组,每组两个雷管在孔内采用并联连接,用脚线引出炮眼,与放炮母线相连。
放炮母线必须绝缘良好,并且悬空吊挂。
回风顺槽、中间巷及运输顺槽爆破分3次进行,爆破采用一次装药,全部爆破。
3.装药前必须先用炮棍插入孔底验孔,并记录好孔深,确认无问题后,方可装药,装药前先用PVC管在地面分组装好炸药及封泥并运至爆破地点。
首先对141回风顺槽进行装药爆破,随后对中间巷进行装药爆破,最后再对141运输顺槽进行装药爆破。
装药人员站在工作台上由多人一节一节先药后封泥的次序装药,然后连线进行爆破。
装药时不得强拉硬拽,防止折断PVC管或拉断脚线。
装完药后用黄泥封口。
不得装底药,当孔深遇特殊情况达不到规定长度,酌情减少药量,但封泥长度不变严禁冲击挤压,药包要推至底部,装紧装实,黄泥要充填密实。
4.141回风顺槽放炮位置位于+1555回风石门处,141运输顺槽放炮位置位于1544轨道石门处。
5.严格按照设计要求施工,装药和放炮前必须切断工作面和顺槽所有电源。
6.放炮前,班长安排可靠的工人在+1555m回风石门、+1544m水平轨道运输石门担任警戒任务。
担任警戒任务人员不可私自撤岗,必须接到且听清班长撤岗命令后,方可解除警戒。
装药结束后,井下除跟班领导、班组长、瓦检员、安全员、警戒人员以外,其他人员不允许留在井下,全部升井,等放炮结束,得到调度室同意后,方可下井作业。
7.放炮工作必须由持有放炮证的放炮员担任。
8.放炮员、班组长、专职瓦检员在放炮作业中必须现场执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”。
9.放炮前,专职瓦检员必须对放炮地点的瓦斯浓度进行检查,超过0.5%时,不得进行作业。
10.放炮员必须最后离开放炮地点,必须在有掩护的安全地点进行放炮。
11.放炮器的钥匙必须由放炮员随身携带,不得转交别人。
不到放炮通电时,不得将钥匙插入放炮器,放炮后,必须将钥匙拔出,摘掉母线并扭结成短路。
12.放炮前,脚线的连接工作可由经过专门训练的班长协助放炮员进行,放炮母线连接脚线、检查线路和通电工作,只准放炮员一人操作。
放炮前,班长必须在指定的安全地点清点人数,确认无误后,方准下达放炮命令。
放炮员接到放炮命令后,必须先发出放炮警号,至少再等5s,方可放炮。
13.装药的炮眼必须当班放炮完毕。
14.爆破后,至少等30分钟,等炮烟散尽及CO浓度降到24ppm以下后,方可由班长、安监员、瓦检员、爆破员共同对工作面通风、瓦斯、煤尘、顶板、支架、瞎炮、残爆等情况进行全面安全检查,确认安全后,首先对爆破地点由外向里进行洒水防尘,再检查爆破区域各炮眼是否引爆,若有拒爆,按爆破措施相关内容执行。
15.只有在工作面和回风巷内的炮烟被吹散,瓦检员检测有害气体符合《煤矿安全规程》135条规定,汇报调度室,经调度室通知后,其他人员方可进入工作面工作。
16.通电以后装药炮眼不响时,放炮员必须先取下钥匙,并将放炮母线从电源上摘下,扭结成短路,再等15min,才可沿线路检查,找出不响的原因。
17.通电拒爆查出原因后,属于线联接问题则可重新联接后爆破,若属于雷管、炸药的问题,则必须对该炮眼进行处理。
具体操作步骤如下:
将雷管脚线扭接成短路,人员离炮眼0.5m的地方,采用静压水冲炮眼,阀门开小,缓慢进行冲洗,将炮眼内雷管、炸药冲洗干净取出。
严禁开大阀门冲洗。
18.处理拒爆、残爆时,必须在班组长指导下进行,处理拒爆时,必须遵守下列规定:
(1)由于连线不良造成的拒爆,可重新连线起爆;
(2)如若是雷管问题造成的拒爆,可以在原炮眼内重新装药进行起爆破(二次装药量不得超过0.45Kg/眼);
(3)严禁用镐刨或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管;不论有无残余炸药严禁将炮眼残底继续加深;严禁用打眼的方法往外掏药;严禁用压风吹拒爆(残爆)炮眼;在拒爆处理完毕以前,严禁在该地点进行与处理拒爆无关的工作。
19.凡装有雷管的炮眼,必须在当班放完。
20.放炮前必须提前通知矿调度室,矿井主风机防爆盖周围严禁人员停留。
21.所有参加施工的人员必须佩带经过检验完好的自救器。
22.放炮后,每班的跟班队长随时对老塘的顶板跨落情况进行观察并及时汇报。
23.其他未尽事宜遵守《煤矿安全规程》。
第三节其它安全技术措施
一、防瓦斯灾害安全技术措施
1、施工期间专职瓦斯检查员,每班不少于两次进行瓦斯检查。
2、进入工作面人员必须配戴完好的自救器,并熟练掌握使用。
3、根据工作面施工和现场情况配备足够的新鲜风量、快速排除有毒有害气体、防止瓦斯积聚。
4、加强对工作面通风构筑物的管理,提高通风设施的可靠性。
5、工作面电器设备布置在进风巷道中,确保完好可靠性、杜绝电气设备出现失爆。
6、严禁瓦斯超限作业,若瓦斯超限,由矿总工程师负责组织和处理,并组织事故追查、处理。
7、施工期间每班跟班人员必须佩带完好的便携式瓦斯报警仪、挂在施工地点。
8、爆破后必须从进风巷进入工作面,严禁从回风巷进入工作面。
二、防尘的安全技术措施
1、施工期间每班保持施工地点洒水降尘,对打钻工作采取临时降尘措施。
2、施工地点回风路线必须设置喷雾灭尘设施。
3、做个体防护,工作面打钻人员必须佩带防尘口罩。
4、用岩石钻打孔时必须做防尘套进行捕尘。
消除煤尘飞扬。
5、不定期对工作区域的煤尘堆积情况进行检查,及时清除煤尘堆积。
第四章避灾路线
作业地点若发生水、火、瓦斯灾害时,所有施工人员应按如下路线进行撤离:
一、141回风顺槽:
水:
141回风顺槽→+1555m水平回风石门→风井→地面
火、瓦斯、顶板:
141回风顺槽→+1555m水平回风石门→皮带运输上山→+1450m水平轨道运输石门→副井底→地面。
二、141运输顺槽:
水:
141运输顺槽→工作面→141回风顺槽→+1555m水平回风石门→风井→地面
火、瓦斯、顶板:
141运输顺槽→+1544m轨道运输石门→皮带运输上山→+1450m水平轨道运输石门→副井底→地面
附:
避灾路线图、放炮警戒位置图
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