新型封堵工藝在炮采工作面的應(yīng)用探究

王寶銀 賈峰

【摘 要】本文在理論分析和試驗研究的基礎(chǔ)上，選取某礦區(qū)高瓦斯煤礦炮采工作面，進行新型封堵工藝的探討。本次試驗表明，該新型封堵工藝一方面能夠降低煤塵濃度，另一方面在炮眼封堵上達到較為理想的效果。通過新型封堵工藝的應(yīng)用，促進了采煤工作面爆破過程中煤塵濃度的有效降低，也有助于炮采工作面生產(chǎn)安全性的提升。

【關(guān)鍵詞】新型封堵工藝；炮采工作面；應(yīng)用探究；降塵效果

目前，我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，對于煤炭資源仍有著較大的需求。在煤炭行業(yè)快速發(fā)展的形勢下，不僅要提高優(yōu)質(zhì)煤炭的產(chǎn)量，更要在此基礎(chǔ)上保障生產(chǎn)過程的安全性，從而提升煤炭企業(yè)的綜合競爭力。而在炮采工作面施工過程中，爆破落煤是非常重要的一道工序。因為炸藥爆炸可以形成高溫高壓氣體和高強度應(yīng)力波，不僅能破碎媒體，而且在炸藥附近的部位造成過度破碎，并產(chǎn)生大量的煤塵。在煤塵顆粒直徑處于0.1到1.0μm的情況下，可以在空氣中長期懸浮，并緩慢沉降。

在顆粒直徑處于0.5到10μm時，一方面會對人體肺部形成嚴(yán)重的危害，另一方面煤塵本身具有爆炸性。同時，由于采煤工作面處在通風(fēng)狀態(tài)中，雖然能夠稀釋排出一部分，同時也使懸浮煤塵時間加長和濃度增加，造成煤塵危險性和危害性的提高。對此，必須對采煤工作面爆破過程中的煤塵濃度予以控制，從而對煤礦工作人員的身體健康提供保障，并促進生產(chǎn)安全性的提升。

本文選取某礦區(qū)高瓦斯煤礦一急傾斜炮采工作面的實踐，該炮采工作面存在壓縮性較小的水，并具有傳壓效果較好的特點，在此基礎(chǔ)上對新型水袋封堵工藝進行了探討。本次試驗表明，該新型封堵工藝一方面能夠降低煤塵濃度，另一方面在堵堵上具有較為理想的效果。通過新型封堵工藝的應(yīng)用，促進了采煤工作面爆破過程中煤塵濃度的有效降低，同時有效的降低了由于煤塵所帶來的一系列安全隱患。

一、水封水壓爆破作用理論分析

在煤礦開采中，炮眼封堵通常選用黃泥，而在水封水壓爆破中，則選用水袋來替換黃泥封堵。炮眼應(yīng)用水封水壓來爆破過程中，水會在高溫、高壓爆生氣體以及高應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生水霧，而水霧能夠與塵粒充分作用，并經(jīng)過碰撞、阻攔、分散以及凝聚等形式來實現(xiàn)降塵的效果。一般情況下，存在兩種降塵的方法，一種是增加粉塵的密度，另一種則是增大粉塵的粒度。塵粒在吸收后會明顯增加自身的密度，從而促進了沉降，同時吸水也有助于粉塵凝聚，并增加其粒度，進而實現(xiàn)快速沉降粉塵的目的。依據(jù)斯托克斯的沉降公式，任意兩個小塵粒發(fā)生凝聚，都會導(dǎo)致其沉降速度提高3倍。

在上式中，pp可沉降顆粒，Pg表示空氣的密度；dp表示沉降顆粒的直徑，μ則表示空氣黏滯度。

當(dāng)炮孔選用水封爆破的情況下，一方面水可以發(fā)揮堵塞的效果，而另一方面，炸藥的爆炸能夠促進水進一步霧化或者擴散，在此基礎(chǔ)上，水與粉塵的接觸面積得到明顯增大。同時，霧滴可以對塵粒產(chǎn)生碰撞、阻攔、分散以及凝聚等作用，之后形成的液態(tài)的霧滴以及固態(tài)的塵粒凝結(jié)成為相對較大的微粒，從而實現(xiàn)快速沉降的效果。借助于水介質(zhì)耦合微差爆破，可以減輕炮轟波對煤體形成的直接作用，并減少了煤體粉碎的區(qū)域，促使爆破點周圍煤體不會過度粉碎，從而有助于塊煤率的提高。該作用原理具體表現(xiàn)為以下兩個方面：

（1）通過水為介質(zhì)來傳遞炸藥能量。由于水作為一種液體，存在較小的壓縮性，能夠?qū)?yīng)力有效傳遞，并促進炸藥能量利用率的提高。這就等同于延長了藥柱長度，促進其在煤體上爆破范圍的擴大，因此對單位煤體上的爆炸壓力作用起到了降低效果。同時，水也是一種高熱容物質(zhì)，可以對炸藥的爆炸溫度予以降低，并且對瓦斯煤塵爆炸起到了抑制作用。此外，水袋發(fā)揮著“水楔”作用，爆炸氣體能夠把水?dāng)D到煤體裂隙中，促使爆炸氣體在煤體上的作用，從而擴大了裂隙寬度和長度，并有助于煤體破碎的塊度相對平整均勻。

（2）借助于水耦合裝藥結(jié)構(gòu)，對爆破作用在煤體上的時間起到了延長效果，進而產(chǎn)生了緩沖作用。在煤體與巖體兩介質(zhì)面上，爆破壓力形成了多次反射，這對作用在煤體上的時間予以延長，對爆炸壓力形成了減弱，并促進了煤體破碎程度的減輕，從而有助于塊煤含量的增加。

二、新型封堵工藝試驗

選取某礦區(qū)下的炮采工作面進行試驗研究。該工作面的煤層主要為半暗型煤層，而且表現(xiàn)出鱗片以及粉末的狀態(tài)，基本頂主要為細砂巖，性質(zhì)較硬，厚度在4m左右。直接頂主要為砂質(zhì)粘土巖，厚度在4.5m左右，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生冒落。直接底主要為黏土巖，厚度在1.8m左右，整體性質(zhì)較軟，容易破碎。在試驗炮眼的封堵材料上，主要選用了自行設(shè)計完成的封堵水袋，該封堵水袋長度在1.1m左右，直徑在50—55m，封堵水袋的直徑超過炮眼直徑，對于采煤工作面，爆破參數(shù)為以下幾個方面：炮眼間距在0.6—1.0m之間，頂?shù)籽垩b藥量都是1卷，每一卷藥的直徑為35mm，長度為330mm，重量為330g，并選用3級煤礦水膠炸藥。如圖1所示，為水封裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1水封裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

在本次試驗中，主要對應(yīng)用新型封堵工藝后的瓦斯煤塵濃度變化和爆破效果進行了考察。對于應(yīng)用新型封堵工藝的試驗工作面，測量其工藝應(yīng)用前后的瓦斯煤塵濃度等數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1某礦區(qū)試驗工作面瓦斯測試數(shù)據(jù)

序號 堵塞方式 放炮眼數(shù)（個） 放炮長度（m） 瓦斯?jié)舛龋?） 煤塵濃度（mg·m-3）

炮前 炮后 炮前 炮后

1 原方式 45 18 0.12 0.28 5.02 32.6

2 原方式 31 12 0.21 0.48 4.00 24.6

3 原方式 34 13 0.13 0.31 6.00 39.0

4 新方式 41 15 0.19 0.49 4.20 16.0

5 新方式 35 12 0.25 0.46 3.80 12.6

6 新方式 36 12 0.32 0.35 3.40 13.2

備注：炸藥選用3級煤礦水膠炸藥，在頂眼和底眼各放1卷，每卷400g，測試點的工作面大約為30m。

三、試驗結(jié)果分析

根據(jù)本次爆破效果，相對于原封堵方式，新型封堵方法的應(yīng)用可以取得大致相當(dāng)?shù)男Ч?，這表明新型封堵方法可以取得理想的封堵效果。同時，運用新型封堵工藝能夠節(jié)省黃泥和水炮泥的使用，從而在一定程度上節(jié)約了炮眼的封堵成本。結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新型封堵工藝的應(yīng)用不會對瓦斯?jié)舛刃纬奢^大的影響，但是對煤塵起到了顯著的作用，如序號6的新方式，其放炮眼數(shù)和放炮長度與序號3的原方式相當(dāng)。新方式6的炮前瓦斯?jié)舛葹?.32，炮后為0.35，變化相對較小。但是在煤塵濃度上，炮前為3.40，炮后為13.2，而在原方式3上，炮前為6.00，炮后則為39.0。這說明，當(dāng)爆破長度和爆破眼數(shù)等條件大致相同的前提下，新型封堵工藝可以降低超過50%的煤塵濃度。這說明，新型封堵工藝的應(yīng)用能夠取得顯著的降塵效果。

結(jié)束語

綜上所述，在本次新型封堵工藝在炮采工作面的應(yīng)用探究中，本文首先對水封水壓爆破作用進行了理論分析，在此基礎(chǔ)上開展了新型封堵工藝試驗，最后得出了相應(yīng)的試驗結(jié)果。本次試驗表明，該新型封堵工藝一方面能夠降低煤塵濃度，另一方面在封堵實驗上達到較為理想的效果，并在礦區(qū)得到大面積推廣。通過新型封堵工藝的應(yīng)用，促進了采煤工作面爆破過程中煤塵濃度的有效降低，也有助于炮采工作面生產(chǎn)安全性的提升。

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作者簡介：

王寶銀，男1975年5月生，2007年畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦工程，助理工程師，在煤礦一直從事采煤技術(shù)管理工作。