中厚及厚煤層煤柱災(zāi)害長鉆孔松動爆破防治技術(shù)研究

徐 濤

中厚及厚煤層煤柱災(zāi)害長鉆孔松動爆破防治技術(shù)研究

徐 濤

通過對長鉆孔松動爆破技術(shù)研究，形成完整的長鉆孔松動爆破技術(shù)，并運(yùn)用其對中厚及厚煤層開采留設(shè)的煤柱進(jìn)行處理，改變煤柱受力狀態(tài)，消除由于煤柱引起的集中應(yīng)力、沖擊礦壓、采空區(qū)自燃等礦井災(zāi)害是解決中厚及厚煤層開采遺留問題的有效技術(shù)手段。

長鉆孔松動爆破；煤柱集中應(yīng)力；沖擊礦壓；采空區(qū)自燃

中厚及厚煤層開采過程中，為了保護(hù)鄰近階段工作面回采巷道的巷道穩(wěn)定，留設(shè)一定寬度的保護(hù)煤柱，尤其在沿空留巷、沿空掘巷難以實現(xiàn)的厚煤層，留設(shè)的煤柱寬度較大，隨著礦井采深的增加，煤柱引起的礦井災(zāi)害尤為突出，已成為中厚及厚煤層開采礦井安全生產(chǎn)的主要制約因素。

在當(dāng)前技術(shù)下，進(jìn)行沿空留巷或沿空掘巷的無煤柱開采，是改變中厚及厚煤層煤柱災(zāi)變的主要技術(shù)手段之一。但受圍巖條件、煤層條件等限制，一些礦井無法實現(xiàn)無煤柱開采時，仍面臨煤柱災(zāi)害影響。

1中厚及厚煤層煤柱引起的礦井災(zāi)變

1.1 煤柱集中應(yīng)力引起的巷道圍巖災(zāi)變。

當(dāng)工作面煤層全部回采完畢后，煤柱作為下一區(qū)段回采巷道與采空區(qū)之間的承載結(jié)構(gòu)，承擔(dān)了采空區(qū)一側(cè)及回采巷道掘進(jìn)形成的復(fù)雜集中應(yīng)力。因此，在下一區(qū)段工作面回采時，受采動影響，自身應(yīng)力集中程度已經(jīng)較高的煤柱應(yīng)力疊加，易出現(xiàn)巷道上幫圍巖整體移出、變形嚴(yán)重等巷道圍巖災(zāi)變。在雙鴨山礦區(qū)的東榮二礦、新安煤礦受煤柱集中應(yīng)力影響，已出現(xiàn)多次巷道過渡收斂，支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞等圍巖災(zāi)變現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。

1.2 上層煤柱對近距離煤層的影響。

在近距離煤層開采時，上層開采遺留的煤柱對下層煤的回采巷道及工作面礦壓顯現(xiàn)影響十分明顯，尤其厚煤層煤柱產(chǎn)生的集中應(yīng)力大，若下層煤的回采巷道距上層煤柱距離過小，便產(chǎn)生巷道圍巖應(yīng)力過大，導(dǎo)致巷道圍巖災(zāi)變。

1.3 采空區(qū)遺留煤柱自燃發(fā)火。

一次采全高的工作面回采后，采空區(qū)遺留煤炭量極少，受采空區(qū)冒落巖石壓制，不會產(chǎn)生自燃發(fā)火現(xiàn)象，但由于區(qū)段保護(hù)煤柱的存在，頂板跨落后在煤柱附近形成的三角區(qū)，是采空區(qū)自燃發(fā)火的主要地帶，因此遺留煤柱是采空區(qū)自燃發(fā)火的必然因素。

2長鉆孔松動爆破消除煤柱災(zāi)害機(jī)理

留設(shè)的區(qū)段保護(hù)煤柱，在采空區(qū)頂板發(fā)生變形下沉過程中，受頂板懸臂梁的力學(xué)作用，在煤柱內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力集中。由于煤柱煤體強(qiáng)度有限，煤柱外側(cè)煤體會出現(xiàn)壓裂現(xiàn)象，因此承載著頂板壓力的核心，位于煤柱中心(具體寬度隨煤柱寬度、煤層高度不同)。[1]

利用長鉆孔松動爆破技術(shù)，對工作面后方采空區(qū)內(nèi)的煤柱進(jìn)行松動爆破，通過松動爆破破壞煤柱支撐結(jié)構(gòu)，使煤柱集中應(yīng)力向煤體深部或采空區(qū)轉(zhuǎn)移，可明顯降低煤柱上的壓力，應(yīng)力重新分布示意圖如圖1所示。

圖1 煤柱松動爆破前后應(yīng)力變化示意圖

3長鉆孔松動爆破技術(shù)研究

制約深孔松動爆破長度及效果的主要因素，是裝藥長度及封孔質(zhì)量，根據(jù)資料表明，深孔爆破裝藥形式，有通過壓風(fēng)向孔內(nèi)吹入粉末炸藥，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)一定裝藥長度，但孔內(nèi)炸藥粉末分布不均勻，易出現(xiàn)殉爆現(xiàn)象，同時在裝藥過程中，藥粉受摩擦易發(fā)生燃燒甚至保證，安全無保障；固體藥卷裝藥，有利于竹簡片固定藥卷，再使竹簡相互連接，但由于竹簡連接處不穩(wěn)定，裝藥容易卡住，因此無法推廣應(yīng)用。

因此，深孔爆破長度一直無法突破真正的長鉆孔，一直小于50m。[2-4]通過對裝藥裝置及封孔方式的研究，研制出了長鉆孔專用裝藥裝置及封孔方法。該裝藥裝置具有組裝簡單、重量輕、外表光滑的特點(diǎn)，能滿足長鉆孔爆破裝藥；將雙液漿注漿技術(shù)運(yùn)用于長鉆孔爆破封孔，是該項技術(shù)的封孔成功關(guān)鍵所在。目前已成功進(jìn)行了95m深鉆孔的裝藥爆破，裝藥量150kg，爆破效果良好。

圖2 長鉆孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

裝藥及封孔施工操作及注意事項：

3.1 裝藥施工操作程序。

(1)清理鉆孔：利用封孔管及壓風(fēng)對鉆孔進(jìn)行清理，清除孔內(nèi)巖屑，同時測量出鉆孔長度；

(2)開始裝藥：按每個鉆孔長度準(zhǔn)備好火藥、導(dǎo)爆索及裝藥裝置，由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行裝藥施工，裝藥結(jié)構(gòu)按示意圖所示，每個鉆孔設(shè)計裝藥量10kg，導(dǎo)爆索18m；

(3)注漿封孔：裝藥完畢后，準(zhǔn)備好注漿設(shè)備及材料，對爆破孔進(jìn)行封孔注漿，注漿長度2.0m；

(4)爆破：在注漿封孔2h以后，現(xiàn)場一切人員撤離到安全距離以外后，方可引爆火藥。

3.2 注意事項：

(1)爆破鉆孔施工質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計方案要求；

(2)裝藥過程與鉆孔施工盡量不并行作業(yè)，或施工距離保持在10m以上；

(3)注漿封孔長度必須滿足2m以上，漿液材料保證質(zhì)量；

4結(jié)論

通過對長鉆孔松動爆破技術(shù)的研究，開發(fā)研制了長鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)及注漿封孔技術(shù)，使深孔爆破的爆破長度突破了90m，利用該技術(shù)對中厚及厚煤層開采遺留的區(qū)段煤柱進(jìn)行松動爆破，能有效消除由煤柱引起的集中應(yīng)力、沖擊礦壓、采空區(qū)自燃等礦井災(zāi)害。

[1]薛峰. 深孔松動爆破技術(shù)在過地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2007，26(11)：133-135.

[2]沈杰，范志忠，趙明，等. 預(yù)裂松動爆破技術(shù)在特厚煤層綜放工作面的應(yīng)用研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2007，34(5)：27-32.

[3]周長巨.松動爆破在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27(5)：65-66.

[4]白軍全. 談?wù)勊蓜颖圃诜乐蚊号c瓦斯突出中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2006(4):42-43.

ClassNo.:TD235.4DocumentMark:A

(責(zé)任編輯：鄭英玲)

OnLongHoleLooseBlastingPreventionTechnologyofMediumThickandThickSeamCoalPillarDisaster

Xu Tao

Through the long drilling loose blasting technology， a complete long drilling loose blasting technology has emerged . By solving the coal pillars problem of the thick coal bed mining and changing the stress state ， the concentration of stress caused by coal can be eliminated ， including the rock-burst goaf spontaneous combustion ， etc. The solution is regarded as an effective way to deal with the legacy of thick and thick coal bed mining.

long drilling loose blasting ；pillar stress concentration；rock-burst ；goaf spontaneous combustion

徐濤，碩士，講師，雞西大學(xué)，黑龍江·雞西。郵政編碼：158100

1672-6758(2011)12-0050-2

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