深孔爆破技術(shù)在綜采放頂煤工作中的應(yīng)用

[摘 要]針對(duì)窯街三礦煤層硬度大及采出率低等現(xiàn)狀，基于三礦煤層賦存特征及開(kāi)采技術(shù)條件，應(yīng)用爆破理論及頂煤垮落規(guī)律，分析了深孔爆破技術(shù)在綜采放頂煤工作面的應(yīng)用情況，結(jié)果表明針對(duì)窯街煤礦煤層硬度大，頂煤不易垮落，工作面瓦斯?jié)舛雀邨l件下深孔爆破炮孔直徑為60mm，炮孔深度為40m，按照此深孔爆破設(shè)計(jì)方案，回采率得到了最優(yōu)提升，最大增加9.9%；瓦斯超限次數(shù)降低了80%以上。此研究為同類(lèi)礦井頂煤弱化、瓦斯治理提供技術(shù)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]深孔爆破，爆破理論，頂煤弱化，瓦斯治理

中圖分類(lèi)號(hào)：TD235.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）06-0061-02

1 引言

近年來(lái)，綜采放頂煤作為在煤礦中主要采煤技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤礦80%以上采用該技術(shù)，而堅(jiān)硬的頂煤能有效充分垮落，是提高回采率的關(guān)鍵。目前對(duì)于綜放工作面頂煤弱化的問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)行了較為深入研究。劉健[1]等人研究了深孔爆破在特厚高瓦斯堅(jiān)硬煤層中的弱化效果；馬文強(qiáng)[2]等通過(guò)udec模擬工作面推進(jìn)過(guò)程中頂煤冒落情況，表明頂煤弱化后頂煤冒放性提升；來(lái)興平[3]等人研究了一種用于頂煤弱化的靜態(tài)破碎劑，大大促進(jìn)了煤層裂隙的發(fā)育。而爆破手段可以更大程度增加煤層裂隙，促進(jìn)煤層弱化，針對(duì)急傾斜堅(jiān)硬頂煤，采用深孔爆破，在深度與廣度上增加裂隙發(fā)育程度，促進(jìn)頂煤冒落，從而解決回采率低、瓦斯超限等問(wèn)題。

本文以窯街三礦5521-18工作面深孔爆破頂煤為例，采用深孔爆破理論，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提高裂隙區(qū)域范圍，增加頂煤冒落性，降低瓦斯超限率，為工作面安全回采及提高回采率提供及時(shí)保障。

2 概況

窯街三礦5521-18工作面位于五采區(qū)東北部，采深410m，煤層厚度40-80m，傾角52-68°，為急傾斜特厚煤層，5521-18工作面走向長(zhǎng)830m，傾斜寬85-40m，采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤采煤方法，分層平均厚度11.2m，回采2.8m，放煤8.4m，采放比約1：3。由于煤層硬度大，普氏硬度2.5，工作面頂煤堅(jiān)硬，不易自然垮落，造成大量落煤損失；工作面回采過(guò)后，采空區(qū)懸頂，在周期來(lái)壓后采空區(qū)瓦斯大量涌出，造成工作面瓦斯超限或發(fā)生瓦斯事故；采空區(qū)頂煤不能及時(shí)垮落，新鮮風(fēng)流從上下隅角不斷涌入采空區(qū)，造成采空區(qū)浮煤自燃，涌出大量有害氣體，致使工作面發(fā)火。

3 爆破理論

爆破的破碎區(qū)和裂隙區(qū)主要由爆破半徑?jīng)Q定，破碎區(qū)半徑由下式計(jì)算[4]：

根據(jù)理論研究與工程實(shí)踐，破碎區(qū)半徑一般為炮孔半徑的5-10倍，裂隙區(qū)半徑一般為炮孔半徑的15-25倍。針對(duì)急傾斜堅(jiān)硬煤層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與試驗(yàn)計(jì)算破碎區(qū)域。

4 工程實(shí)踐

4.1 深孔頂煤預(yù)裂技術(shù)方案

根據(jù)爆破理論及索永錄[5-8]等對(duì)深孔爆破炮孔參數(shù)研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)爆破鉆孔參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

以工作面皮帶巷為試驗(yàn)場(chǎng)地，每一個(gè)鉆場(chǎng)施工3個(gè)孔，炮孔直徑徑60mm，孔深40m。三個(gè)鉆孔垂直于巷道走向，仰角分別為20°、30°、45°，進(jìn)風(fēng)巷頂板鉆孔布置如圖1所示。每孔裝藥20.4kg，封泥長(zhǎng)度15m，每個(gè)爆破孔采用兩個(gè)電雷管并聯(lián)引爆，每次起爆1個(gè)炮眼。

由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行破碎區(qū)域和裂隙區(qū)域范圍的測(cè)量，因此我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的出煤率進(jìn)行對(duì)比反映設(shè)計(jì)方案的有效性。

4.2 效果檢驗(yàn)

1）回采率變化

根據(jù)深孔爆破鉆孔設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于工作面回采，分別得出連續(xù)五個(gè)月前后工作面回采率變化。如圖1所示，圖中實(shí)線表示未使用深孔爆破鉆孔設(shè)計(jì)方案連續(xù)五個(gè)月的工作面回采率，虛線表示使用深孔爆破鉆孔設(shè)計(jì)方案后連續(xù)五個(gè)月的工作面回采率。以一個(gè)月為一個(gè)階段。

由圖1容易看出，使用深孔爆破鉆孔設(shè)計(jì)方案之前，回采率最大為90.2%，有將近10%的煤炭資源的浪費(fèi)，當(dāng)使用該設(shè)計(jì)方案后，回采率得到了大大的提升，最大提升10%左右，回采率平均保持在95%左右，極大地對(duì)急傾斜堅(jiān)硬煤層的煤炭資源進(jìn)行了回收，給礦企也帶來(lái)了極大地經(jīng)濟(jì)效益。

2）瓦斯涌出量超限次數(shù)

由于窯街三礦為急傾斜堅(jiān)硬煤層，回采過(guò)程中瓦斯容易積聚，經(jīng)常造成瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，影響安全生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)深孔爆破技術(shù)實(shí)施以后，明顯發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛认陆?，超限次?shù)明顯下降，對(duì)工作面回采和安全帶來(lái)了極大的方便。圖2表明了使用深孔爆破鉆孔設(shè)計(jì)方案前后連續(xù)5個(gè)月工作面瓦斯?jié)舛群统薮螖?shù)變化。

由圖2容易看出，深孔爆破鉆孔方案實(shí)施以后瓦斯?jié)舛让黠@降低，方案實(shí)施前瓦斯?jié)舛冉?jīng)常超標(biāo)，方案實(shí)施以后濃度急劇降低，均處在0.5水平以下。瓦斯超限次數(shù)也明顯降低，其中3個(gè)月都未出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)問(wèn)題。為工作面的安全生產(chǎn)和員工生命安全提供了極大地保障。

5 結(jié)論

（1）針對(duì)窯街三礦的急傾斜堅(jiān)硬煤層，根據(jù)深孔爆破理論研究與現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合，確定深孔爆破參數(shù)炮孔直徑為60mm，炮孔深度為40m。

（2）根據(jù)深孔爆破設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用，窯街三礦工作面回采率最大提升9.9%，瓦斯?jié)舛瘸薮螖?shù)下降80%。此深孔爆破方案的應(yīng)用，為窯街三礦工作面的回采提供極大地經(jīng)濟(jì)效益，有力的保證了工作面的安全回采。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉健.劉澤功.高魁.等.深孔爆破在綜放開(kāi)采堅(jiān)硬頂煤預(yù)先弱化和瓦斯抽采中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33：3362-3367.

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作者簡(jiǎn)介

王愛(ài)紅：（1968- ）男，甘肅永登人，地質(zhì)工程師，1990年畢業(yè)于甘肅煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)從事煤礦瓦斯地質(zhì)技術(shù)管理工作。