大傾角工作面初次放頂設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐金柱

(新疆焦煤集團(tuán)艾維爾溝焦煤公司1930煤礦)

新疆焦煤集團(tuán)艾維爾溝焦煤公司26111工作面走向長(zhǎng)度2 000 m，平均傾斜長(zhǎng)度90 m，開(kāi)切眼長(zhǎng)度93 m，煤層厚度為2.97～4.15 m，平均厚度3.2 m，煤層傾角25°～36°，煤層直接頂為6.22 m的粗砂巖，粗砂巖灰白色、堅(jiān)硬，以石英為主，裂隙較發(fā)育。老頂為13.5 m厚砂礫巖，砂礫巖含鵝卵石，砂白色礦質(zhì)膠結(jié)，頂板巖石自然狀態(tài)下的單向抗壓強(qiáng)度67.9～180.2 MPa，堅(jiān)硬難冒。該公司初期使用粉狀高威力銨銻炸藥，采用超前預(yù)爆破方式進(jìn)行堅(jiān)硬頂板處理，取得顯著成效。但隨著國(guó)家民用爆破器材產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，依照國(guó)家民爆產(chǎn)業(yè)政策停止生產(chǎn)銨銻類炸藥，針對(duì)該公司所屬礦井的堅(jiān)硬頂板處理，采用煤礦許用乳化炸藥替代粉狀高威力銨銻炸藥實(shí)施超前預(yù)爆破工藝。

1 頂板巖性特征

該工作面煤層直接頂為粗砂巖，厚度6.22 m左右，其上老頂主要由砂礫巖組成，厚度為13.5 m，為老頂主要承壓層，單向抗壓強(qiáng)度97.9 MPa(見(jiàn)表1)。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 采煤方法

26111工作面采用“走向長(zhǎng)壁后退式綜采一次采全高”采煤法，回采高度3.2 m。頂板管理方式為超前預(yù)爆破處理堅(jiān)硬難冒頂板。工作面主要裝備見(jiàn)表2。

表2 26111工作面主要設(shè)備配備表

注：工作面開(kāi)切眼斜長(zhǎng)93 m，傾角25°～36°。

3 參數(shù)設(shè)計(jì)

依據(jù)26111工作面頂板巖性特征及處理老頂主要承壓層的目的，結(jié)合二級(jí)煤礦許用乳化炸藥的特性，初次放頂設(shè)計(jì)采用雙側(cè)布孔方式，即在工作面運(yùn)輸和回風(fēng)順槽內(nèi)同時(shí)布置鉆孔。根據(jù)以往對(duì)6#煤層開(kāi)采情況，回采工作面初次來(lái)壓步距一般為20～28 m，對(duì)26111工作面而言，考慮采用乳化炸藥的特性及煤層的頂板巖性，本次初次放頂步距取16 m。為加強(qiáng)工作面初次放頂效果，需要在開(kāi)切眼內(nèi)布置輔助初次放頂孔，同時(shí)在工作面煤壁前方布置輔助端頭孔，以確保頂板能夠正常、及時(shí)垮落。

1) 炮孔頂端裝藥高度h上的確定。針對(duì)老頂切斷孔的頂端裝藥高度h上，以巖石爆破冒落后將采空區(qū)充填滿為目的，根據(jù)巖石冒落后碎脹系數(shù)取1.3、回采高度取3.2 m，則：1.3×h上=3.2+h上，h上=10.67 m。

考慮老頂承壓層的實(shí)際厚度，取老頂切斷孔炮孔頂端裝藥高度h上=15 m，輔助老頂孔取h上=15 m。

針對(duì)端頭切斷孔及輔助端頭孔頂端裝藥高度h上，考慮頂板冒落后形成自然平衡拱的兩端高度將低于老頂切斷孔的處理高度，取h上=12 m。

2) 炮孔下端裝藥高度h下的確定。炮孔下端裝藥高度應(yīng)保障炮孔爆破不影響回采工藝要求，保證工作面不漏頂、不片幫，保證炮孔有足夠的充填堵塞長(zhǎng)度，根據(jù)上述原則確定h下=4 m(距煤層面)。

3) 炮孔水平轉(zhuǎn)角α。

a) 老頂切斷孔水平轉(zhuǎn)角：

運(yùn)輸順槽老頂切斷孔α=70°(與運(yùn)輸順槽軸線夾角)

回風(fēng)順槽老頂切斷孔α=65°(與回風(fēng)順槽軸線夾角)

b) 輔助老頂孔水平轉(zhuǎn)角：

運(yùn)輸順槽輔助老頂孔α=70°(與運(yùn)輸順槽軸線夾角)

回風(fēng)順槽輔助老頂孔α=65°(與回風(fēng)順槽軸線夾角)

c) 端頭切斷孔水平轉(zhuǎn)角：

上、下順槽均取α=20°(與順槽軸線夾角)

d) 三角區(qū)控制孔水平轉(zhuǎn)角：

上、下順槽均取α=40°(與順槽軸線夾角)

4) 炮孔在煤層傾斜面上的投影長(zhǎng)度L投。

對(duì)于老頂切斷孔，在煤層傾斜面上的投影長(zhǎng)度，用下式計(jì)算：

L投=S-H

式中：

L投—老頂切斷孔在煤層傾斜面上的投影長(zhǎng)，m;

S—工作面傾斜長(zhǎng),m， 取93;

H—上、下順槽老頂切斷孔終端之間的距離m,取20。

因此，L投=93-20=73 m，考慮到上順槽下向深孔鉆進(jìn)排巖粉困難等因素，上順槽炮孔與水平面夾角應(yīng)≥0°。

4 炮孔參數(shù)計(jì)算公式

1) 運(yùn)輸順槽公式為：

a) 炮孔終端至水平面高度h：

h=(h上+L投·tanα′)·cosα′

b) 炮孔在水平面上投影長(zhǎng)d：

g) 裝藥長(zhǎng)度L1：h1=L-L2

h) 裝藥量Q：Q=L1×3.5 kg/m

2) 回風(fēng)順槽公式為：

a) 炮孔終端至水平面高度h：

h=(h上-L投·tanα′)·cosα′

b) 炮孔在水平面上投影長(zhǎng)d：

g) 裝藥長(zhǎng)度L1：L1=L-L2

h) 裝藥量Q：Q=L1×3.5 kg/m

由于封孔段長(zhǎng)度小于L/3，為避免沖孔及提高爆破效果，封孔時(shí)必須在裝藥的下端增設(shè)堵孔水泥，長(zhǎng)度為40 cm(其后再充填黃土及孔口水泥)。

5 各孔計(jì)算結(jié)果

根據(jù)炮孔參數(shù)計(jì)算公式，各孔參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各鉆孔參數(shù)表

6 鉆孔直徑及裝藥直徑

1) 炸藥卷直徑d1：(按每米裝藥量與藥卷裝藥密度計(jì)算)

d1=60 mm

2) 鉆孔直徑d2：(取不偶合系數(shù)為0.67)

d2=90 mm

3) 每米炮孔裝藥量Qm:

Qm=3.5 kg/m

7 鉆孔設(shè)備及爆破器材

1) 鉆機(jī)：根據(jù)頂板巖性特征及爆破參數(shù)，選用SKZ-120A型潛孔鉆機(jī)，其主要性能參數(shù)為：

適應(yīng)巖種：f=6～8

鉆具一次推進(jìn)：1 000 mm

鉆孔直徑：90 mm

回轉(zhuǎn)速度：60 r/min

使用氣壓：0.5～0.7 MPa

耗氣量：7～8 m3/min

2) 沖擊器、鉆頭及鉆桿：根據(jù)所選鉆機(jī)，選配直徑90 mm的CIR-90沖擊器、直徑90 mm鉆頭。直徑50 mm的鉆桿(1 m/根)含在鉆機(jī)設(shè)備內(nèi)。

3) 封孔器：選用BQF-100型，受風(fēng)壓0.7 MPa，堵孔時(shí)向孔內(nèi)輸送黃土細(xì)砂。

4) 炸藥：采用二級(jí)煤礦許用乳化炸藥，防靜電塑料殼包裝，規(guī)格：直徑60 mm，長(zhǎng)度550 mm，單位重量3.5 kg/m，聯(lián)結(jié)方式為絲扣聯(lián)結(jié)式。二級(jí)煤礦許用乳化炸藥的主要性能指標(biāo)如下：

猛度≥10 mm

爆力≥250 ml

爆速≥3 200 m

殉爆距離≥30 mm

5) 導(dǎo)爆索：選用煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索，其主要性能參數(shù)如下：

藥量：12 g/m

外徑：6.2 mm

爆速>5 500 m

抗熱性能：置于50℃+3℃環(huán)境6 h，外觀及性能不變。

防水性能：浸入水中1 m，1 h后導(dǎo)爆性能不變。

6) 雷管及發(fā)爆器：選用毫秒延期電雷管，利用MFB-100型電容式發(fā)爆器起爆。

8 結(jié) 論

通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，采用煤礦許用乳化炸藥對(duì)堅(jiān)硬難冒頂板進(jìn)行深孔爆破處理，強(qiáng)制將頂板放下來(lái)，理論上是可行的,但在實(shí)際工作中還存在一下問(wèn)題必須注意：

1) 所有炮孔同時(shí)起爆，炸藥量大，安全警戒距離必須大于300 m。

2) 每一個(gè)炮孔在充填堵孔的主要工作結(jié)束后，孔口處應(yīng)預(yù)留不小于0.5 m的空段，用于放置連接好的導(dǎo)爆索及毫秒延期電雷管，最后用黃土將孔口預(yù)留段封堵密實(shí)，防止毫秒延期電雷管及出露在堵孔水泥外的少量導(dǎo)爆索起爆時(shí)產(chǎn)生的火焰。

3) 穿過(guò)堵孔水泥的導(dǎo)爆索在起爆時(shí)會(huì)產(chǎn)生約d5 mm孔徑的空洞，但由于炸藥爆炸的瞬間會(huì)使中部充填的黃土細(xì)砂迅速被壓縮密實(shí)，裝藥段產(chǎn)生的爆炸氣體通道被切斷，因而消除了空洞的影響。

收稿日期 2010-07-26

[1] 耿獻(xiàn)文.礦山壓力測(cè)控技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002:135-138.