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松动爆破在硬煤综采工作面过断层的应用

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《美食研究》2017年第4期

摘要:为解决青东煤矿824里硬煤综采工作面快速穿过断层的技术难题,结合工作面地质和生产条件,采用了松动爆破技术,得到了松动爆破参数和工艺流程。研究结果表明,松动爆破效果较为理想,煤岩体进行了充分的预裂和松动,且几乎没有产生碎石飞掷现象;松动爆破使得采煤机顺利且快速地通过了综采工作面,而无需重新开挖切眼继续开挖煤层,提高了生产效率,减少了预留煤柱的损失。

关键词:松动爆破;硬煤;综采工作面;过断层

随着采煤技术的提高以及现代化采煤设备的运用,综采逐渐成为我国煤炭开采过程中的主要方式[1]。开采深度的不断增加,使得采煤工作面的地质条件更加复杂,可开采的煤层中经常会遇到断层等地质构造,严重影响采煤工作的有序推进,并且留下了安全的隐患[2-5]。为了解决上述问题,诸多学者和技术专家提出了多种综采工作面穿过断层的方法[6,7],如调整割煤高度、“挑顶起底”、“搬家跳采”等。当断层落差较小,采煤机往往直接破煤强行通过断层,但这有可能对刀具造成很大程度的破坏。当断层构造复杂时,采煤机不能直接通过时,往往采取“搬家”的办法,频繁地改变工作面,会大幅增加巷道的开拓及维护成本[8]。为了解决上述难题,爆破技术被广泛地运用于煤矿生产实践当中[9,10]。炸药在炮眼内爆炸后产生强冲击波和大量的高温高压气体,使得质点发生移动,产生裂隙,造成周围物质的损坏[11]。但是一般的爆破过程可能造成顶板的严重破坏,出现断裂、垮落等动力现象,损坏机械设备,甚至造成安全事故,导致工作面被迫停产。松动爆破技术是指利用爆破产生的能量使得爆破的对象内部发育大量的裂隙而产生松动,但是不发生爆破现象的一种技术[12]。在采矿工程领域,通过松动爆破对断层进行处理,不仅能够保护巷道及煤层顶底板结构的稳定,而且实现了采煤机能够顺利且较为快捷地通过综采工作面,提高生产效率及煤炭资源的回收率[13,14]。因此作者针对青东煤矿824里工作面断层较多的特点,结合实际地质及生产条件,选择适当的爆破参数及爆破工序,探索利用松动爆破技术使得工作面快速通过断层。

1工作面概况

本次实施松动爆破的综采工作面为安徽省淮北市青东煤矿8煤层824里工作面。8煤层硬度系数f=5.25.,工作面采深约400m,走向长度为260m,宽度为140m;煤层平均倾角为8°,平均煤厚为6.3m,为稳定厚煤层。824里工作面地质构造复杂,断层与褶曲发育较多。824里机巷与风巷及切眼施工过程中共揭露断层13条,均为正断层。

2松动爆破技术实施

2.1松动爆破技术

参数824里工作面断层落差较大,岩石硬度较高,宜采用深孔爆破的形式[15]。深孔爆破具有单位钻孔量小、炸药消耗量低、爆破效率高的优点,对岩石的破碎效果较好,且碎石的尺寸较容易符合预定的要求[16,17]。2.1.1裂隙圈半径裂隙圈半径是松动爆破的关键参数之一。根据裂隙圈的半径计算炮眼的间距,以充分利用应力波的叠加作用,使得炮孔周围煤岩体能够充分预裂与松动,减少破碎煤岩体的飞掷,保障围岩结构的稳定与巷道设施的安全。

2.1.2最小抵抗线装药中心距煤岩介质自由表面最短距离即为最小抵抗线,以W表示。当W超过某一临界值Wc时,爆破的破坏作用仅限于介质内部,不会在自由表面上产生爆破的痕迹。因此装药的深度必须大于临界抵抗线。

2.1.3装药量爆破过程中最重要的是要确定单孔炸药量。为了使煤岩体松动而且不引起煤岩体的过度破坏,炸药量必须严格控制。炸药量与岩石体积、炸药类型、孔洞填充条件及其他因素有关。

2.1.4炮眼间距记炮眼间距为a,应考虑到爆破裂隙全的半径,且满足a<2Rp,根据现场实际爆破结果进行优化,保障炮眼间裂隙发育完全,利于综采机的切割进尺。

2.1.5炮孔排距考虑到坚硬断层岩石的厚度,一般地,炮孔排距取值b=(0.8~1.0)a<2Rp。2.1.6炮孔孔径钻凿装药炮孔直径d为75mm,不装药的空孔直径为94mm。

2.1.7炮眼深度炮眼深度l的确定需要综合考虑钻孔设备、工作效率、施工技术、爆破效果和生产管理等多种因素。炮眼深度要考虑爆破后煤岩层的弱化效果,视推进度而定。

2.1.8炮眼角度炮眼角度θ需要合理,过大则会导致沿煤层倾角方向爆破范围缩小,过小则容易导致顶板过于破碎,难以管理。结合煤岩层的地质条件确定炮眼角度,使得炮眼处于要求松动的岩石内,炮眼与煤层的水平夹角一般为55°~80°。

2.2松动爆破工艺流程

考虑井下地质条件的复杂性和实际要求,根据《煤矿安全规程》[18]与《爆破安全规程》[19],结合工作面的地质条概况的地质报告,制定爆破流程[20]。主要包括打眼、装药、填炮泥、联炮线及放炮等工序,即用电钻在煤岩壁上钻炮眼,然后在炮眼内装入矿用安全炸药、联线,通过电雷管起爆炸药,使得炮眼一定范围内的煤岩体松动、破碎,但不产生飞掷现象。具体的爆破参数根据该矿既有的工作实践以及规律总结,参考了相关的文献及著作进行确定。既要保证井下爆破作业的安全,又能节约成本投入,降低技术障碍和操作难度。爆破后对效果进行检验,如果效果不理想,可以调整爆破参数,最终达到满意的技术应用效果。

1)打眼。采用MK-150型液压钻机实施钻孔工作,尽量避免钻孔轴与顶板锚杆、锚索相交,钻孔成型后应立即加套护壁管,防止安装支架时塌孔或者错位。炮孔布置在风巷工作面煤壁上,采用梅花形方式布置,以减少大块煤岩的产生,改善破碎效果。炮眼间距为1200mm,炮眼排距为800mm。

2)装药。装药前采用特指塑料螺旋杆探孔。采用煤矿许可三级水胶炸药药卷,以黄泥为封堵材料采用1~5段毫秒延期电雷管,将炸药卷和雷管装入到炮眼之中。导爆索严禁冲击、挤压。遇到塌孔情况,进行压风处理,配合探孔管清扫。

3)填炮泥。为了提高炸药的利用率,保障爆破效果,减少有害气体的产生与扩散,在药卷全部装入后,空眼部分用炮泥将其全部充填,封孔长度为7~10m。

4)联线。采用串联法联线,分段爆破。每个起爆包布置两发同段雷管,分别用胶纸爆破线引出孔外,确保起爆可靠。

5)放炮。起爆点须设置在工作面进风巷一侧,距离最近爆破炮孔150m以外。确保爆破地点附近20m范围内瓦斯浓度在1%以内。放炮过程严格执行“一炮三检”与“三人连锁放炮”制度。

2.3安全注意事项

为了保障爆破安全,使得工作面顺序通过断层,需要充分考虑工作面的安全作业情况,做好下列安全防护措施。1)钻孔、装药、放炮要及时,不留多余炮孔。装药前应先探孔,确保孔内清洁且完整。若有塌孔则应重新透孔或减少装药深度。2)放炮前,必须对支架进行二次注液,确保立柱有足够的支撑力。3)应对爆破地点的电缆、管道、立柱等设施做好保护工作,采煤机必须在放炮地点以上至少30m,防止炮击采煤机。4)每次爆破后必须检查爆破点的,检查通风、瓦斯、煤尘等情况,确保无异常情况,若发现有瞎炮,必须作上记号,按规定处理。5)工作面打眼、定、放炮期间,工作面煤机、运输机不得运行,并将其停止运行闭锁。6)工作面掉顶处穿顶时,必须先检查顶板情况,敲帮问顶,摘除悬矸、危岩,确认顶板稳定后,方可穿行。严禁空顶作业。

3效果检验

本次爆破参数和工艺结合了工作面的实际情况进行了合理的理论计算和妥善的操作流程,取得较为理想的效果。

1)爆破结束后,发现炮孔周围0.35m左右范围内煤岩体基本破碎,0.35~0.6m范围内裂隙、裂缝显著,0.6~0.85范围内细微裂隙发育较多,煤岩体预裂、松动效果显著,爆破块度较为均匀,大块率小。炮眼利用率较高,超过90%。煤岩体的整体性大大降低,减少了对采煤机直接通过断层的损伤,这说明爆破过程所采用的爆破参数及爆破工艺较为合理。

2)爆破过程中几乎没有产生飞石等破碎体抛掷的现象,很好地保护液压支架、刮板输送机等爆破地点的机电设备。爆破产生的震动影响较小,巷道及顶板的稳定性未受到影响。

3)辅以“挑顶”、“挖底”措施,采煤机实现了快速且安全地通过断层区域,减少了新的巷道开拓,大幅地推进了生产进度,提高了采煤工作的效率。统计显示,目前该综采工作面的实际采出率已达到80%,避免了因留煤柱导致资源浪费,提高了矿井的效益。

4结论

1)结合工作面地质和生产条件,通过理论计算得到了单孔装药量等松动爆破的技术参数,制定了爆破流程和安全防护措施。

2)松动爆破对煤岩体实现了很好的预裂与松动的效果,使得采煤机顺利且快速地通过工作面,保障了爆破地点的机电设施安全和围岩的稳定。

3)综采工作面直接穿过煤层,大幅提高了采煤作业的生产效率,推进了生产进度,减少了巷道的开拓,减少了煤柱损失。

4)本次松动爆破技术的运用为类似地质及生产条件的综采工作面直接穿过断层工程实践提供了有益的技术借鉴,能够有效地缓解采掘接替紧张的局面,提高资源的回采率。

参考文献:

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作者:王红浩1;王宏耀1;王明甫2;王佳丽2 单位:1.郑州煤炭工业(集团)杨河煤业有限公司,2.新郑煤电有限责任公司

煤杂志责任编辑:张雨    阅读:人次