綜放孤島面初采頂板爆破技術(shù)在唐安礦的應(yīng)用

李亞利

(山西省煤炭職工培訓(xùn)中心，山西 太原 030012)

堅(jiān)硬頂板條件下，運(yùn)用綜放開采技術(shù)回采時(shí)，采空區(qū)頂板易大面積懸空而不跨落，工作面推進(jìn)到一定距離，采空區(qū)頂板突然跨落形成強(qiáng)沖擊載荷，為了減弱沖擊載荷的強(qiáng)度，基本頂初次來壓前不實(shí)施放頂煤，造成初采期間煤炭回采率偏低［1，2］。如何提高綜放面初采期間煤炭回采率，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研究，主要采用爆破弱化頂板，但是對(duì)爆破參數(shù)的選取以及方案的設(shè)計(jì)仍停留在經(jīng)驗(yàn)階段，尤其是深孔預(yù)裂爆破相關(guān)設(shè)計(jì)研究甚少。

通過對(duì)唐安煤礦煤層及其頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)的測(cè)定，確定出深孔預(yù)裂爆破的炮孔長(zhǎng)度、炮孔間距、裝藥結(jié)構(gòu)、聯(lián)線方式等爆破參數(shù)，根據(jù)相關(guān)爆破參數(shù)，設(shè)計(jì)出3407綜放面深孔預(yù)裂爆破方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 工作面概況

唐安煤礦位于山西省高平市，主采3#煤層，全部為孤島面開采，目前正在開采3407工作面。3407工作面位于752水平四盤區(qū)，工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤法，頂板處理采用全部垮落法，采用ZF7200/17/33支架。工作面長(zhǎng)度為174.5 m，煤層平均厚 6.1 m，采高 3.0 ±0.1 m，放煤高度3.1 m，煤層埋藏深度為266～366 m。偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚0.4 m，較破碎;直接頂為泥巖，平均厚2.7 m，泥質(zhì)細(xì)粒結(jié)構(gòu);基本頂為細(xì)砂巖，平均厚5.8 m，中粒結(jié)構(gòu)，致密，堅(jiān)硬。直接底為粉砂巖，平均厚2.2 m;基本底為砂質(zhì)泥巖，平均厚1.2 m。煤與頂?shù)装逯饕W(xué)參數(shù)見表1。

表1 煤巖層力學(xué)參數(shù)表

2 深孔預(yù)裂爆破方案

2.1 炮孔間距

弱化堅(jiān)硬頂板主要是利用爆破形成的裂隙區(qū)在巖體中形成弱面和裂隙，因此，裂隙區(qū)直徑就是炮孔間距。根據(jù)Mises強(qiáng)度準(zhǔn)則，柱狀不耦合裝藥條件下，爆破壓碎區(qū)和裂隙區(qū)半徑公式為［3］:

炸藥選用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，炸藥密度ρ0=1 100 kg/m，爆速Dv=3 200 m/s。藥卷規(guī)格d60 mm×500 mm，1.5 kg/卷。本次爆破主要是弱化基本頂細(xì)砂巖，細(xì)砂巖的力學(xué)參數(shù)見表1。經(jīng)計(jì)算，爆破裂隙區(qū)半徑Rp=17 907 mm，最終炮孔間距定為3.5 m。

2.2 炮孔長(zhǎng)度

爆破放頂?shù)拇怪备叨菻至少為:

式中:

M—采高，m，取3;

Kp—巖石冒落碎脹系數(shù)，取1.25。

計(jì)算得:H=12 m。因此，工作面頂板處理高度為12 m。打孔選用ZLJ－350型礦用坑道鉆機(jī)，炮孔直徑d75 mm，炮孔與水平面成45°，因此，炮孔長(zhǎng)度17 m。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)及方式

3407工作面深孔預(yù)裂爆破切頂主要是利用爆破裂隙區(qū)，因此，采用不耦合裝藥進(jìn)行爆破切頂最合適，裝藥不耦合系數(shù)K=db/dc=75/60=1.25。

裝藥時(shí)，先用炮棍把起爆藥卷送到孔底，然后依次把剩余藥卷裝入炮孔。起爆藥卷示意圖見圖1。

圖1 起爆藥卷示意圖

炸藥裝完后緊接著封孔，封孔結(jié)構(gòu)采用剛－塑－剛結(jié)構(gòu)［4］，結(jié)合深孔爆破現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，此次爆破封孔長(zhǎng)度定為炮孔長(zhǎng)度的1/2。封孔時(shí)，先用堵孔水泥封孔1 m，然后用黃土炮泥封孔，距孔口2 m時(shí)，再用封孔水泥封孔1 m，此時(shí)，停止封孔，在炮孔外把導(dǎo)爆索和雷管聯(lián)接好塞入孔內(nèi)，最后，把剩余段炮孔用炮泥封實(shí)，并將外露雷管腳線扭結(jié)成短路，嚴(yán)禁將雷管與導(dǎo)爆索露出黃土外。炮眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 炮孔布置及聯(lián)線方式

工作面設(shè)備安裝前，在開切眼內(nèi)距采空區(qū)側(cè)煤壁1 m處頂板打眼，以及在進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷距保安煤壁1 m處頂板打眼，炮眼布置示意圖見圖3，圖4。

圖3 進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷炮眼布置圖

圖4 開切眼炮眼布置圖示意

煤礦深孔預(yù)裂爆破采用正向起爆，連接方式采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”，即1個(gè)炮孔的2個(gè)雷管并聯(lián)連接，炮孔之間串聯(lián)連接。放炮使用MFB－100型起爆器，1次裝藥、分次爆破。每次最多起爆3個(gè)炮孔，一共分14組起爆。為防止爆破時(shí)破壞相鄰炮孔的封泥段，導(dǎo)致相鄰炮孔封泥段失效，因此，爆破組與組之間，間隔1個(gè)炮孔裝藥。一共有10個(gè)空孔，分別是4、8、12、16、20、27、31、35、39、43 號(hào)炮孔。切眼中部容易垮落，因此，在23號(hào)和24號(hào)炮眼之間沒有設(shè)置空孔，孔底間距比較大，但不影響爆破效果。為了不影響端頭頂煤的穩(wěn)定性，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷的4個(gè)炮眼裝藥量稍微少一點(diǎn)。起爆順序?yàn)?1、2、3→5、6、7→9、10、11→13、14、15→17、18、19→21、22、23→24、25、26→28、29、30→32、33、34→36、37、38→40、41、42→44、45、46→47、48→49、50。

炮眼爆破參數(shù)見表2。

表2 炮眼爆破參數(shù)表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)表明，3407工作面進(jìn)行預(yù)裂爆破后，老頂初次來壓18.7 m，與3405工作面相比初次來壓步距縮短了9.6 m;3407工作面初采期間頂煤放出率為37.54%，與3405工作面相比頂煤回收率提高了14.38%;3407工作面初采期間端頭垮落步距26.9 m，與 3405工作面相比端頭垮落步距提前8.9 m。

4 結(jié)論

針對(duì)唐安煤礦堅(jiān)硬頂板實(shí)際情況，分析認(rèn)為在開切眼后部進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破是最佳選擇。理論上研究分析并確定了炮孔長(zhǎng)度、炮孔間距、裝藥結(jié)構(gòu)、封孔方式及炮眼布置等參數(shù)。推進(jìn)18.7 m時(shí)，頂板初次來壓，工作面支架運(yùn)行正常，瓦斯沒有異常，說明本次設(shè)計(jì)的深孔預(yù)裂爆破參數(shù)安全可靠。

深孔預(yù)裂爆破處理綜放面堅(jiān)硬頂板，解決了初采期間大面積懸露不冒的問題，初次來壓步距縮短9.6 m，減弱了初次來壓對(duì)支架的沖擊載荷，防止了頂板突然垮落造成的工作面瓦斯超限，初采煤炭采出率提高14.38%，增加了初采經(jīng)濟(jì)效益。兩端頭垮落步距縮短8.9 m，避免了瓦斯積聚，保證工作面風(fēng)流暢通。

［1］靳鐘銘，徐林生.煤礦堅(jiān)硬頂板控制［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1994:80－90.

［2］靳鐘銘.堅(jiān)硬頂板長(zhǎng)壁采場(chǎng)的懸梁結(jié)構(gòu)及其控制［J］.煤炭學(xué)報(bào)，1986(2):71－75.

［3］高爾新，楊仁樹.爆破工程［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999:75－79.

［4］馬沈岐，朱 樺，吳雅麗.新疆托克遜雨田煤業(yè)伊拉湖煤礦極堅(jiān)硬頂板處理技術(shù)［J］.煤炭工程，2010(3):23－25.