松動爆破在硬煤綜采工作面過斷層的應(yīng)用范文
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《美食研究》2017年第4期
摘要:為解決青東煤礦824里硬煤綜采工作面快速穿過斷層的技術(shù)難題，結(jié)合工作面地質(zhì)和生產(chǎn)條件，采用了松動爆破技術(shù)，得到了松動爆破參數(shù)和工藝流程。研究結(jié)果表明，松動爆破效果較為理想，煤巖體進行了充分的預(yù)裂和松動，且?guī)缀鯖]有產(chǎn)生碎石飛擲現(xiàn)象;松動爆破使得采煤機順利且快速地通過了綜采工作面，而無需重新開挖切眼繼續(xù)開挖煤層，提高了生產(chǎn)效率，減少了預(yù)留煤柱的損失。
隨著采煤技術(shù)的提高以及現(xiàn)代化采煤設(shè)備的運用，綜采逐漸成為我國煤炭開采過程中的主要方式［1］。開采深度的不斷增加，使得采煤工作面的地質(zhì)條件更加復雜，可開采的煤層中經(jīng)常會遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造，嚴重影響采煤工作的有序推進，并且留下了安全的隱患［2－5］。為了解決上述問題，諸多學者和技術(shù)專家提出了多種綜采工作面穿過斷層的方法［6，7］，如調(diào)整割煤高度、“挑頂起底”、“搬家跳采”等。當斷層落差較小，采煤機往往直接破煤強行通過斷層，但這有可能對刀具造成很大程度的破壞。當斷層構(gòu)造復雜時，采煤機不能直接通過時，往往采取“搬家”的辦法，頻繁地改變工作面，會大幅增加巷道的開拓及維護成本［8］。為了解決上述難題，爆破技術(shù)被廣泛地運用于煤礦生產(chǎn)實踐當中［9，10］。炸藥在炮眼內(nèi)爆炸后產(chǎn)生強沖擊波和大量的高溫高壓氣體，使得質(zhì)點發(fā)生移動，產(chǎn)生裂隙，造成周圍物質(zhì)的損壞［11］。但是一般的爆破過程可能造成頂板的嚴重破壞，出現(xiàn)斷裂、垮落等動力現(xiàn)象，損壞機械設(shè)備，甚至造成安全事故，導致工作面被迫停產(chǎn)。松動爆破技術(shù)是指利用爆破產(chǎn)生的能量使得爆破的對象內(nèi)部發(fā)育大量的裂隙而產(chǎn)生松動，但是不發(fā)生爆破現(xiàn)象的一種技術(shù)［12］。在采礦工程領(lǐng)域，通過松動爆破對斷層進行處理，不僅能夠保護巷道及煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而且實現(xiàn)了采煤機能夠順利且較為快捷地通過綜采工作面，提高生產(chǎn)效率及煤炭資源的回收率［13，14］。因此作者針對青東煤礦824里工作面斷層較多的特點，結(jié)合實際地質(zhì)及生產(chǎn)條件，選擇適當?shù)谋茀?shù)及爆破工序，探索利用松動爆破技術(shù)使得工作面快速通過斷層。
1工作面概況
本次實施松動爆破的綜采工作面為安徽省淮北市青東煤礦8煤層824里工作面。8煤層硬度系數(shù)f=5.25.，工作面采深約400m，走向長度為260m，寬度為140m;煤層平均傾角為8°，平均煤厚為6.3m，為穩(wěn)定厚煤層。824里工作面地質(zhì)構(gòu)造復雜，斷層與褶曲發(fā)育較多。824里機巷與風巷及切眼施工過程中共揭露斷層13條，均為正斷層。
2松動爆破技術(shù)實施
2.1松動爆破技術(shù)
參數(shù)824里工作面斷層落差較大，巖石硬度較高，宜采用深孔爆破的形式［15］。深孔爆破具有單位鉆孔量小、炸藥消耗量低、爆破效率高的優(yōu)點，對巖石的破碎效果較好，且碎石的尺寸較容易符合預(yù)定的要求［16，17］。2.1.1裂隙圈半徑裂隙圈半徑是松動爆破的關(guān)鍵參數(shù)之一。根據(jù)裂隙圈的半徑計算炮眼的間距，以充分利用應(yīng)力波的疊加作用，使得炮孔周圍煤巖體能夠充分預(yù)裂與松動，減少破碎煤巖體的飛擲，保障圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與巷道設(shè)施的安全。
2.1.2最小抵抗線裝藥中心距煤巖介質(zhì)自由表面最短距離即為最小抵抗線，以W表示。當W超過某一臨界值Wc時，爆破的破壞作用僅限于介質(zhì)內(nèi)部，不會在自由表面上產(chǎn)生爆破的痕跡。因此裝藥的深度必須大于臨界抵抗線。
2.1.3裝藥量爆破過程中最重要的是要確定單孔炸藥量。為了使煤巖體松動而且不引起煤巖體的過度破壞，炸藥量必須嚴格控制。炸藥量與巖石體積、炸藥類型、孔洞填充條件及其他因素有關(guān)。
2.1.4炮眼間距記炮眼間距為a，應(yīng)考慮到爆破裂隙全的半徑，且滿足a＜2Rp，根據(jù)現(xiàn)場實際爆破結(jié)果進行優(yōu)化，保障炮眼間裂隙發(fā)育完全，利于綜采機的切割進尺。
2.1.5炮孔排距考慮到堅硬斷層巖石的厚度，一般地，炮孔排距取值b=(0.8～1.0)a＜2Rp。2.1.6炮孔孔徑鉆鑿裝藥炮孔直徑d為75mm，不裝藥的空孔直徑為94mm。
2.1.7炮眼深度炮眼深度l的確定需要綜合考慮鉆孔設(shè)備、工作效率、施工技術(shù)、爆破效果和生產(chǎn)管理等多種因素。炮眼深度要考慮爆破后煤巖層的弱化效果，視推進度而定。
2.1.8炮眼角度炮眼角度θ需要合理，過大則會導致沿煤層傾角方向爆破范圍縮小，過小則容易導致頂板過于破碎，難以管理。結(jié)合煤巖層的地質(zhì)條件確定炮眼角度，使得炮眼處于要求松動的巖石內(nèi)，炮眼與煤層的水平夾角一般為55°～80°。
2.2松動爆破工藝流程
考慮井下地質(zhì)條件的復雜性和實際要求，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》［18］與《爆破安全規(guī)程》［19］，結(jié)合工作面的地質(zhì)條概況的地質(zhì)報告，制定爆破流程［20］。主要包括打眼、裝藥、填炮泥、聯(lián)炮線及放炮等工序，即用電鉆在煤巖壁上鉆炮眼，然后在炮眼內(nèi)裝入礦用安全炸藥、聯(lián)線，通過電雷管起爆炸藥，使得炮眼一定范圍內(nèi)的煤巖體松動、破碎，但不產(chǎn)生飛擲現(xiàn)象。具體的爆破參數(shù)根據(jù)該礦既有的工作實踐以及規(guī)律總結(jié)，參考了相關(guān)的文獻及著作進行確定。既要保證井下爆破作業(yè)的安全，又能節(jié)約成本投入，降低技術(shù)障礙和操作難度。爆破后對效果進行檢驗，如果效果不理想，可以調(diào)整爆破參數(shù)，最終達到滿意的技術(shù)應(yīng)用效果。
1)打眼。采用MK－150型液壓鉆機實施鉆孔工作，盡量避免鉆孔軸與頂板錨桿、錨索相交，鉆孔成型后應(yīng)立即加套護壁管，防止安裝支架時塌孔或者錯位。炮孔布置在風巷工作面煤壁上，采用梅花形方式布置，以減少大塊煤巖的產(chǎn)生，改善破碎效果。炮眼間距為1200mm，炮眼排距為800mm。
2)裝藥。裝藥前采用特指塑料螺旋桿探孔。采用煤礦許可三級水膠炸藥藥卷，以黃泥為封堵材料采用1～5段毫秒延期電雷管，將炸藥卷和雷管裝入到炮眼之中。導爆索嚴禁沖擊、擠壓。遇到塌孔情況，進行壓風處理，配合探孔管清掃。
3)填炮泥。為了提高炸藥的利用率，保障爆破效果，減少有害氣體的產(chǎn)生與擴散，在藥卷全部裝入后，空眼部分用炮泥將其全部充填，封孔長度為7～10m。
4)聯(lián)線。采用串聯(lián)法聯(lián)線，分段爆破。每個起爆包布置兩發(fā)同段雷管，分別用膠紙爆破線引出孔外，確保起爆可靠。
5)放炮。起爆點須設(shè)置在工作面進風巷一側(cè)，距離最近爆破炮孔150m以外。確保爆破地點附近20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?%以內(nèi)。放炮過程嚴格執(zhí)行“一炮三檢”與“三人連鎖放炮”制度。
2.3安全注意事項
為了保障爆破安全，使得工作面順序通過斷層，需要充分考慮工作面的安全作業(yè)情況，做好下列安全防護措施。1)鉆孔、裝藥、放炮要及時，不留多余炮孔。裝藥前應(yīng)先探孔，確保孔內(nèi)清潔且完整。若有塌孔則應(yīng)重新透孔或減少裝藥深度。2)放炮前，必須對支架進行二次注液，確保立柱有足夠的支撐力。3)應(yīng)對爆破地點的電纜、管道、立柱等設(shè)施做好保護工作，采煤機必須在放炮地點以上至少30m，防止炮擊采煤機。4)每次爆破后必須檢查爆破點的，檢查通風、瓦斯、煤塵等情況，確保無異常情況，若發(fā)現(xiàn)有瞎炮，必須作上記號，按規(guī)定處理。5)工作面打眼、定、放炮期間，工作面煤機、運輸機不得運行，并將其停止運行閉鎖。6)工作面掉頂處穿頂時，必須先檢查頂板情況，敲幫問頂，摘除懸矸、危巖，確認頂板穩(wěn)定后，方可穿行。嚴禁空頂作業(yè)。
3效果檢驗
本次爆破參數(shù)和工藝結(jié)合了工作面的實際情況進行了合理的理論計算和妥善的操作流程，取得較為理想的效果。
1)爆破結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)炮孔周圍0.35m左右范圍內(nèi)煤巖體基本破碎，0.35～0.6m范圍內(nèi)裂隙、裂縫顯著，0.6～0.85范圍內(nèi)細微裂隙發(fā)育較多，煤巖體預(yù)裂、松動效果顯著，爆破塊度較為均勻，大塊率小。炮眼利用率較高，超過90%。煤巖體的整體性大大降低，減少了對采煤機直接通過斷層的損傷，這說明爆破過程所采用的爆破參數(shù)及爆破工藝較為合理。
2)爆破過程中幾乎沒有產(chǎn)生飛石等破碎體拋擲的現(xiàn)象，很好地保護液壓支架、刮板輸送機等爆破地點的機電設(shè)備。爆破產(chǎn)生的震動影響較小，巷道及頂板的穩(wěn)定性未受到影響。
3)輔以“挑頂”、“挖底”措施，采煤機實現(xiàn)了快速且安全地通過斷層區(qū)域，減少了新的巷道開拓，大幅地推進了生產(chǎn)進度，提高了采煤工作的效率。統(tǒng)計顯示，目前該綜采工作面的實際采出率已達到80%，避免了因留煤柱導致資源浪費，提高了礦井的效益。
4結(jié)論
1)結(jié)合工作面地質(zhì)和生產(chǎn)條件，通過理論計算得到了單孔裝藥量等松動爆破的技術(shù)參數(shù)，制定了爆破流程和安全防護措施。
2)松動爆破對煤巖體實現(xiàn)了很好的預(yù)裂與松動的效果，使得采煤機順利且快速地通過工作面，保障了爆破地點的機電設(shè)施安全和圍巖的穩(wěn)定。
3)綜采工作面直接穿過煤層，大幅提高了采煤作業(yè)的生產(chǎn)效率，推進了生產(chǎn)進度，減少了巷道的開拓，減少了煤柱損失。
4)本次松動爆破技術(shù)的運用為類似地質(zhì)及生產(chǎn)條件的綜采工作面直接穿過斷層工程實踐提供了有益的技術(shù)借鑒，能夠有效地緩解采掘接替緊張的局面，提高資源的回采率。
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作者：王紅浩1；王宏耀1；王明甫2；王佳麗2 單位：1.鄭州煤炭工業(yè)(集團)楊河煤業(yè)有限公司，2.新鄭煤電有限責任公司