采面顶板预裂安全技术措施

首页 > 行业资讯 > 安全技术 > 矿山安全阅读：发布时间：2023年05月24日

一、重大危险源及有害因素辨识重大危险源及有害因素辨识表

序号	危险源/作业活动	危害因素	危害结果	控制措施
1	培训取证	作业人员未参加学习培训上岗	违章操作，伤人	必须参加学习培训，考试合格后，方可上岗
1	培训取证	作业人员无证上岗	违章操作，伤人	必须取得相应的资格证，持证上岗
2	敲帮问顶	未进行敲帮问顶	砸伤人员	严格执行敲帮问顶
2	敲帮问顶	活煤找不净	砸伤人员	安排专人将活煤敲净
3	运输	绞车钢丝绳不合格	跑车、伤人	选用合格的钢丝绳
3	运输	装车不牢	砸伤人员	装车要捆绑牢固
4	装卸车	车辆未用挡车器支好	车辆滑动、跑车伤人	按规定使用挡车器
		车辆未用手拉葫芦、绳套刹好	重心不稳，物件滑动伤人	按规定使用手拉葫芦、绳套刹好
		车辆重心不稳	车辆倾倒伤人	装车前确保车辆重心平稳
5	安装钻机	未按规定松机架螺丝	压伤人员	严格执行钻机固定规定
5	安装钻机	钻机固定不稳	倒柱伤人	钻机固定稳固
6	打钻作业	人员穿戴不整齐	衣袖绞到钻杆上，伤人	人员穿戴整齐扎好袖口
6	打钻作业	顶钻、卡钻、喷孔	人员伤亡	及时汇报，立即撤离至安全地点
7	行走	不按信号行走、跨越钢丝绳	伤人	按信号、规定行走
7	行走	抬运、口号、步调不一致	伤人	按规定抬运

序号	危险源/作业活动	危害因素	危害结果	控制措施
8	人员站位	人员站在钻机后方	顶钻伤人	人员站在侧翼
		人员站车辆侧方、前方	车辆跑车、掉道、翻车伤人	人员站在后方
		人员进入爆破警戒内	伤人	人员站在警戒外
9	检修	带电检修、搬迁电气设备	触电伤人	检修、搬迁电气设备必须闭锁开关
		停电后未对电气设备验放电	触电伤人	必须对电气设备验放电
		无专人停送电	触电伤人	安排专人停送电
10	爆破作业	未执行一炮三检、三人联锁放炮制度，或执行不到位	瓦斯（煤尘）燃烧、爆炸	严格执行一炮三检、三人联锁放炮制度
10	爆破作业	未按规定联线、封孔	伤人	按规定联线、封孔
11	水灾	涌水量增大	发生事故、人员伤亡	及时汇报、排水、撤人
12	火灾	出现火源	发生事故、人员伤亡	杜绝失爆、严禁携带易燃易爆物品、及时汇报、灭火、撤人
13	瓦斯	瓦斯涌出量大	发生事故、人员伤亡	做好瓦斯检查，及时汇报、撤人
14	煤尘	煤尘堆积、飞扬	发生事故、人员伤亡	按规定定期冲洗巷道
15	顶板	离层、片帮	发生事故、人员伤亡	做好顶板离层观测，严格执行敲帮问顶制度，做好支护作业，及时汇报、撤人
16	煤与瓦斯突出	瓦斯动力大、喷出、突出	发生事故、人员伤亡	严格执行防治煤与瓦斯突出措施，及时汇报、撤人

二、矿井位置及工作面概况2.1矿井位置及工作面概况2.1.1矿井位置山西潞安集团左权佳瑞煤业有限公司北部与山西潞安集团左权阜生煤业有限公司相接、南部与山西左权突堤梅园煤业有限公司相临，西边为公共煤田(详见图2-1)，无越界开采。

图2-1山西潞安集团左权佳瑞煤业有限公司相邻煤矿关系图

2.1.2工作面概况及支护特征15101工作面地面位置距中央回风立井井口西南550米左右。井下东面为+980水平轨道大巷、+980水平回风大巷;西面未采;北面未采;南面为一采区专用回风下山、一采区集中轨道下山、一采区集中胶带下山、一采区集中回风下山。具体工作面布置如图2-2所示。

图2-2 15101综采放顶煤工作面巷道布置图

15101综采放顶煤工作面设计为双U型通风系统，顺槽巷道分别为进风顺槽、胶带顺槽、轨道顺槽、回风顺槽、工作面切眼为内切眼、外切眼，外加高抽巷。其中进风顺槽沿煤层顶板掘进。胶带顺槽、轨道顺槽、内切眼均沿煤层底板掘进。回风顺槽、外切眼为底板岩巷。所有巷道为锚网加锚索支护。进风顺槽、胶带顺槽、轨道顺槽帮每排布置4根Φ20×L2000mm高强度螺纹钢锚杆，顶板每排布置5根Φ20×L2400mm高强度螺纹钢锚杆，两帮及顶板均布置有钢筋托梁。回风顺槽和外切眼两帮每排布置2根Φ20×L2000mm的高强度螺纹钢锚杆，拱部每排布置5根Φ20×L2400mm高强度螺纹钢锚杆支护，两帮及拱部均布置有钢筋托梁。内切眼老塘帮每排布置4根Φ20×L2000mm高强度螺纹钢锚杆，顶板布置10根Φ20×L2400mm高强度螺纹钢锚杆，回采帮每排布置2根Φ18×L1800mm玻璃钢锚杆支护，顶部和老塘帮布置有钢筋托梁。回风顺槽和外切眼两帮每排布置2根Φ20×L2000mm的高强度螺纹钢锚杆，拱部每排布置5根Φ20×L2400mm高强度螺纹钢锚杆支护，两帮及拱部均布置有钢筋托梁。锚索为MS-φ18.9-1-7300mm，配套使用300×300×16mm的拱形钢托盘。高抽巷沿14号层掘进，帮部每排布置2根Φ20×L2000mm高强度螺纹钢锚杆，顶板布置3根Φ20×L2400mm高强度螺纹钢锚杆，顶部布置有钢筋托梁。各巷道支护状况见表2-1所示。

表2-1 15101综采放顶工作面各巷道支护情况表

巷道名称	支护形式	巷道形状（m）	净断面积（m2）	锚杆排距（m）	单体锚索排距（m）	用途	安装设备
进风顺槽	全锚网	矩形4.0×3.0	12.0	0.9	2.7	进风	?
胶带顺槽	全锚网	矩形4.5×3.0	13.5	0.9	1.8	主运输进风	电气列车胶带输送机
轨道顺槽	全锚网	矩形4.0×3.0	9.0	0.9	2.7	回风辅助运输	24kg轨道
回风顺槽	全锚网	拱形4.0×3.5	12.28	0.9	2.7	回风排放瓦斯	?
工作面内切眼	全锚网	矩形7.5×3.0	22.5	0.9	1.8×1.0	回采	安装综采设备
工作面外切眼	全锚网	拱形4.0×3.5	12.28	0.9	2.7	通风排放瓦斯	?
高抽巷	全锚网	矩形 3×2	6	1.0	无	抽放瓦斯	?

2.2地质概况2.2.1煤层情况井田内仅15号可采,其它均为不可采的薄煤层或煤线，现将15号煤层特征叙述如下：15号煤层，俗称“丈八煤”，位于太原组下段中下部,上距K2灰岩10.79～13.49m,平均为11.68m。煤层层位极其稳定,全井田分布,井田内12个钻孔中均见此煤层,厚度5.00～8.57m,平均6.62m ,可采系数100%,是本井田唯一的可采煤层, 煤层结构较简单,含夹矸0-3层，一般1层，单层夹矸最厚可达0.37m。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，底板一般为泥岩。该煤层为稳定的全井田可采煤层。15101工作面开采煤层属太原组下部的15#煤层，赋存稳定，煤厚变异较小，平均厚度6.33m，煤层倾角-4°～+3°，煤层结构较复杂。煤体以黑色、块状为主，粒状次之，内夹黄铁矿，呈团块状，煤质为贫煤。普氏硬度系数f=3～5。

2.2.2顶底板情况15号煤层顶板：直接顶板：岩性主要为泥岩、砂质泥岩，局部相变为粉砂岩及细粒砂岩。属于不稳定～中等稳定顶板。砂质泥岩：灰黑色，厚层状，厚度5.65-10.50m，视密度2707kg/m3,含水率1.00%,自然抗压强度为17.1-19.7MPa，平均为18.4;抗拉强度为1.24-1.85MPa，平均为1.54MPa，属软岩。

老顶：一般为石灰岩。石灰岩：灰色,中厚层状,厚度5.00-7.85m,视密度2707kg/m3，含水率0.04%，自然抗压强度为32.0-36.4MPa，平均为34.2MPa，抗拉强度为2.26-2.74MPa，平均为2.51MPa，属中硬岩石。

15号煤层底板，直接底板：岩性为泥岩、砂质泥岩。

砂质泥岩：深灰色、灰黑色,厚度2.40-5.50m，视密度2712kg/m3,含水率0.74%,自然抗压强度为10.9-14.7MPa,平均为12.8MPa，抗拉强度为0.26-0.74MPa，平均为0.53MPa，属软岩。

老底：主要为中、细粒砂岩。

细粒砂岩：灰色,中厚层状,厚度1.10-6.75m。结合其它钻孔资料，属中等坚硬-坚硬岩石。15101工作面煤层及顶底板岩层综合柱状如图2-3所示。

图2-3 工作面煤层及顶底板综合柱状图

2.2.3区域地质构造山西潞安集团左权佳瑞煤业有限公司总体构造为一东高西低的单斜，在此基础上发育次一级的向斜、背斜。地层倾角均小于15°。

经三维地震勘探有小的断层存在，本区内发现有两条大于20m的断层，且均位于井田边界附近;其余10条均为小于20m的断层。均为正断层。

根据三维地震勘探结果，井下采煤时在井田东南角发现有4个大小不等的陷落柱(本矿区东部)，经三维地震勘探，有陷落柱存在，共计大小不等26个。

15101工作面总体地势东部高，西部低，局部地方底板可能出现起伏变化，煤层倾角在-11°～0°，在向斜及背斜转折端会造成煤层及顶板裂隙发育，岩层破碎。

根根据三维地震资料显示，回采过程中不会遇到大的地质构造，但局部区域岩层存在起伏变化，且可能受到两个与轨道顺槽相距23m左右的X11、X12陷落柱的影响，存在小型牵引断层。

2.2.4 地质及水文地质情况该工作面为一采区首采工作面，工作面煤层直接充水含水层为太原组岩溶裂隙含水层，该含水层赋水性一般较弱。15101工作面回采范围内地质条件较为简单，局部地方底板出现起伏变化，形成小型向斜及背斜构造，在向斜及背斜转折端会造成煤层及顶板裂隙发育，回采至该处时可能会出现涌水增大现象，向斜轴部在回采过程中还会形成积水区。我矿井奥灰水位为:+823-+825m，本工作面开采最低标高为+923m，故目前不涉及承压开采。X11和X12陷落柱经钻探验证不导水，高抽巷在掘进至F3断层时，不导水。在回采过程中，由于顶板自然脱落，造成裂隙发育，预计会破坏顶板K2、K3、K4三层含水层，但这三层含水层赋水性都较弱，且已经打设顶板疏放水孔，及时完善排水设施保证正常回采。根据电法勘探显示，15101工作面内无富水区域，15101工作面回采初期为了保证工作面正常回采，工作面内应加强排水设施管理，加强工作面排水能力，预防因顶板突然垮落，造成工作面涌水量增大而影响正常回采。根据地质资料了解,15101工作面正常涌水量为10m3/h，最大涌水量15m3/h。

2.3瓦斯、煤层及自燃发火等情况2.3.1矿井瓦斯情况井田内15号煤层甲烷含量较高，根据本井田煤层的埋藏深度及邻区生产矿井的瓦斯资料推测，本井田15号煤层为高瓦斯。

2.3.2煤尘爆炸危险性根据山西省煤炭工业局综合测试中心对山西左权佳瑞煤业有限责任公司风井278米处采样后进行的煤尘爆炸性试验，本次施工在佳瑞煤业井下工作面和补-1号孔采取的15号煤层煤样由山西省煤炭地质研究所进行了煤尘爆炸性试验，结果表明15号煤层煤尘有爆炸性危险。

2.3.3煤的自燃倾向性根据山西省煤炭工业局综合测试中心对山西左权佳瑞煤业有限责任公司风井278米处采样后进行的自燃倾向性性试验，本次施工在佳瑞煤业井下工作面和补-1号孔采取的15号煤层煤样由山西省煤炭地质研究所进行了煤的自燃倾向性检测，从检测结果看，15号煤层自燃倾向等级为Ⅱ类，属Ⅱ类自燃煤层。综上所述，本井田15号煤层属自燃煤层。

2.4采煤方法及回采工艺15101工作面采用倾斜长壁后退式综合机械化低位放顶煤一次采全高全部垮落采煤法。工作面采用MG300/730-WD双滚筒采煤机，采煤机截深0.80m;前、后运输设备均采用SGZ-764/630型可弯曲刮板输送机。工作面排头(尾)架为ZTA6500-19.5/34型;中间架为ZF4800-17/32型;采用全部垮落法管理采空区;工作面走向长度(切眼长)150m，工作面倾斜长452-464m，工作面采高3.0±0.1m，放煤高度3.33m，循环进度0.8m，放煤步距为0.8m，即“一采一放”为一个循环。

表2-2 15101综采放顶煤工作面主要参数表

项目	单位	参数值	项目	单位	参数值
地面标高	m	+1297～+1375	机采高度	m	3.0±0.1
工作面标高	m	+931～+936	放顶煤高度	m	3.33
走向长度	m	452-464	循环进尺	m	0.8
倾斜长度	m	150	循环产量	t	957
煤层倾角	o	-4°～+3°	滚筒截深	m	0.8
煤层厚度	m	6.33	放煤步距	m	0.8
容重	t/m3	1.39	?	?	?

2.5工作面主要设备2.5.1工作面支架(一)放顶煤液压支架(中间架)为ZF4800/17/32型，数量96架，布置于15101综采放顶煤工作面切眼。

主要技术特征：

1、型号 ZF4800/17/32

2、支撑高度 1700~3200mm

3、工作阻力 4800KN

4、支架宽度 1420~1590mm

5、立柱单伸缩机械加长(4根)

6、支护强度 0.65Mpa

7、立柱缸径 Φ200mm

8、立柱柱径 Φ185mm

9、支架操作方式本架操纵

10、支架型式四柱支撑掩护式低位放

11、泵站压力 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、初撑力 3958KN

16、底板平均比压 1.79Mpa

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

主要技术特征：

1、型号 ZTA6500/19.5/34

2、支撑高度 1950~3400mm

3、工作阻力 6500KN

4、支架宽度 1520～1690 mm

5、立柱双伸缩机械加长(4根)

6、支护强度 0.75Mpa

7、立柱缸径 Φ250/Φ180mm

8、立柱柱径 Φ235/Φ160mm

9、支架操作方式本架操纵

10、支架型式四柱支撑掩护式低位放ax

11、泵站压力 31.5Mpa

12、推移步距 800mm

13、支架中心距 1500mm

14、行程 1435mm

15、初撑力 6184KN

16、底板平均比压 1.80MPa

2.5.2工作面其他主要设备表2-3 15101综采放顶煤工作面配套设备技术特征表

序号	名称	规格型号	数量
1	采煤机	MG300/730-WD(730KW)	1台
2	液压支架(中间架)	ZF4800/17/32	96架
3	液压支架（端头尾架）	ZT6500/19.5/34	6架
4	前部刮板输送机	SGZ-764/630(2*315KW)	1部
5	后部刮板输送机	SGZ-764/630(2*315KW)	1部
6	转载机	SZZ-800/315(315KW)	1部
7	喷雾泵	BPW320/6.3L(45KW)	2台
8	破碎机	PCM-2000（160KW）	1台
9	乳化泵	BRW-315/31.5（200KW）	2台
10	胶带输送机	DSJ120/150/3×200(200 KW)	1部

2.6 工程概况15101综采放顶煤工作面目前已安装完毕，根据集团公司相关文件及主体矿要求，以及矿上安排，需要在初采前对顶板进行预裂。根据工作面现场情况首先把支架前移，然后将尾梁收回，将尾梁上方的顶网按打眼位置要求剪开，在后溜上方距切眼北帮0.5—1.2m处顶板进行打预裂爆破孔、所有炮孔施工完毕后，然后进行装药深孔爆破作业，最终达到顶板预裂要求。

三、顶板弱化处理方案3.1 主要设计参数根据理论计算和实践经验结合工作面开采情况，15101工作面初采前顶板预裂主要设计参数如下：

(1)顶板处理高度：开切眼顶板处理高度13.5m，端头最大垂直高度15.5m;

(2)孔径75mm;

(3)炸药密度：1194.265kg/m3;

(4)炸药爆速：2800m/s;

(5)径向装药不耦合系数：1.25;

(6)破碎区半径为0.39～0.84m;

(7)裂隙区半径为1.63～3.28m;

(8)孔距：4～6.0m;

(9)炮孔角度(水平仰角)：29～70°;

(10)封泥长度：不小于炮孔长度的20%～30%;

(11)抵抗线：大于4.8m。

3.2初始方案设计3.2.1炮孔布置工作面共施工炮孔27个，施工炮眼总长591.1 m。其中：

(1)切眼爆破炮孔布置，150m长的切眼共布置21个炮孔：

炮孔编号分别用数字：1、2、3、4、5、6、……20、21表示。炮孔轴线方向与切眼轴线方向平行，炮孔仰角如图(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角)。其中1、2、3、4、5、6、……20、21炮孔均距开切眼外帮0.5m～1.2m处顶板打眼(考虑顶板锚杆、锚索位置，可在次范围内调整)，切眼切断爆破中施工炮眼总长456.72m。

(2)顺槽破炮孔布置

①轨道顺槽炮孔2个(用轨A、轨B表示)。其中：

轨A、轨B炮孔在轨顺内帮布置，孔口均距切眼内帮7m;轨A孔口顺槽顶板0m，轨B孔口距顺槽顶板1m;炮孔轴线方向均与轨顺轴线方向垂直，炮孔仰角分别为46°和37°(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角);炮孔长分别为21.57m、25.00m。

②胶带顺槽炮孔4个(用胶1、胶2、胶A、胶B表示)。其中：

胶1、胶2炮孔孔口距运巷外帮0.3-0.7m，距切眼内帮的距离分别为7.5m、10.5m。炮孔轴线方向与胶顺轴线方向平行，仰角分别为44°和50°(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角)。炮孔长分别为20.9m、20.34m;

胶A、胶B炮孔在巷道内帮布置，孔口均距切眼内帮7m;运A孔口距巷道顶板0m，运B孔口距巷道顶板1m;炮孔轴线方向均与运巷轴线方向垂直，炮孔仰角分别为46°和37°(炮孔仰角指炮孔与顶板之间的夹角);炮孔长分别为21.57m、25.00m。

工作面设计炮孔参数与装药量见表3-1所示。炮眼布置见附图所示。

表3-1 15101综采放顶煤工作面设计炮孔参数与装药量