王村煤業(yè)底板深孔爆破技術(shù)應(yīng)用

逯文博

摘 要：煤炭深部開(kāi)采的延續(xù)使得巷道壓力較之前淺部開(kāi)采時(shí)顯現(xiàn)更明顯，進(jìn)而導(dǎo)致巷道底鼓問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，已經(jīng)影響到煤礦正常生產(chǎn)、通風(fēng)、行人等工作，底板深孔爆破可以使得底板應(yīng)力由淺部向深部轉(zhuǎn)移，底板淺部不發(fā)生塑性流變，底板水平應(yīng)力得到緩解且向更深部轉(zhuǎn)移，底板所受壓力減小后底鼓問(wèn)題得到有效治理。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采;底鼓;深孔爆破

1 前言

煤炭在現(xiàn)在乃至以后很多年都會(huì)是我國(guó)主要能源供應(yīng)方式，煤炭產(chǎn)能的擴(kuò)大化使得我國(guó)中西部煤炭開(kāi)采已進(jìn)入了深部開(kāi)采階段，深部開(kāi)采的延續(xù)導(dǎo)致巷道壓力更加劇烈，除了往常的頂板來(lái)壓劇烈之外，底鼓問(wèn)題伴隨發(fā)生且愈加嚴(yán)重[1]。底鼓問(wèn)題的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致諸如影響巷道正常使用、存在安全隱患等問(wèn)題，因此科研人員探索了如開(kāi)卸壓槽、注漿加固、施加反底拱等技術(shù)手段。在煤礦中運(yùn)用此類技術(shù)既減少開(kāi)采時(shí)間，為高效、安全的采礦理念奠定了一定的基礎(chǔ)。

王村煤業(yè)4507回順的累計(jì)底鼓量達(dá)1400mm，多次清底后巷道底鼓仍然發(fā)生，已經(jīng)影響到王村煤業(yè)4507工作面的正常生產(chǎn)與4507回順的運(yùn)輸、行人、通風(fēng)等工作，需要使用另外的技術(shù)手段對(duì)巷道底鼓進(jìn)行進(jìn)一步治理。

2 工程概況

王村煤礦主要開(kāi)采埋藏較深的4號(hào)煤層，埋深520m，煤層厚度0.8～14.61m，變化較大，王村煤礦采用大采高綜采采煤法、綜采放頂煤一次采全高采煤法。

4507工作面回順設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3198.284m，矩形斷面，掘進(jìn)尺寸為5700×3650mm，采用錨網(wǎng)索+鋼帶+菱形網(wǎng)支護(hù)形式。

4507運(yùn)順支護(hù)采用Φ20×2800mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿，間排距700×700mm;錨桿托盤(pán)采用150×150×8mm碟形托盤(pán);預(yù)緊力矩不小于120N·m，錨固力不小于100kN;頂部錨桿與BHW-280-3.0-5.1型W鋼帶（5100 ×280× 3mm）配合使用，幫部與規(guī)格為400×250×50mm的木托板配合使用;錨索采用1×19芯結(jié)構(gòu)、Φ21.6×8800mm鋼鉸線，每排3根，間排距1400×2100mm;預(yù)緊力200kN;頂部采用Φ6mm的Q235鋼筋焊制的金屬網(wǎng)護(hù)表，網(wǎng)格100×100mm，網(wǎng)幅1700×900mm，扣距為300mm;幫部采用菱形鋼絲網(wǎng)（8號(hào)鐵絲）護(hù)表，網(wǎng)片互相搭接，相鄰兩塊網(wǎng)之間要用16#鐵絲連接，扣距200mm。

現(xiàn)王莊煤業(yè)已多次對(duì)4507回順進(jìn)行臥底工作，以確保巷道斷面積。采用該方法治理底鼓較被動(dòng)，治理過(guò)程中工程量大、費(fèi)用高，且不利于巷道頂板及兩幫的穩(wěn)定。

4507運(yùn)順等工作面順槽由于服務(wù)周期短，結(jié)合王村煤業(yè)實(shí)際情況出發(fā)，提出深孔爆破卸壓技術(shù)，使得底板中應(yīng)力由淺部向深部轉(zhuǎn)移，可以有效減輕施工底板治理措施后可能發(fā)生的二次底鼓[2]。

3 底板爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 炮孔長(zhǎng)度

爆破炮孔直徑主要取決于：爆破所用炸藥性能、王村礦圍巖賦存狀況、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)等，根據(jù)之前所做工程實(shí)踐以及專家研究，高地應(yīng)力隧道卸壓控制爆破鉆孔直徑應(yīng)保持在70～90mm之間[3]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工方便程度、安全考慮，以及王村煤礦埋深較大，雖屬于高應(yīng)力巷道考慮，但考慮未在王村煤礦實(shí)施過(guò)深孔爆破，所以炮孔直徑暫時(shí)選取為50mm，進(jìn)行工業(yè)性實(shí)驗(yàn)后再根據(jù)爆破情況進(jìn)行擴(kuò)大選擇。

3.2 炮孔間排距

爆破的內(nèi)部作用在位嚴(yán)重形成空腔、壓碎區(qū)、裂隙圈等。其中，裂隙區(qū)半徑是炮孔間排距的決定因素，裂隙圈半徑的計(jì)算公式為：

（1）

式中：

Rp-裂隙圈半徑，m;

ST-巖石的抗拉強(qiáng)度，取4.75MPa，但是考慮到巖石測(cè)試是試件，真實(shí)的有尺寸效應(yīng)，即尺寸越大，抗拉強(qiáng)度越大，所以按50%計(jì)算，取9.5MPa;

e-切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力的比例系數(shù)，e=v/（1-v），v為巖石動(dòng)態(tài)泊松比為0.15。

e-衰減系數(shù)，e=2- v，取1.85;

pc-作用在炮眼壁上的初始應(yīng)力峰值，單位MPa;

db-炮孔直徑，50mm。

（2）

式中：

D-炸藥的爆速，取3000m/s;

ρ0-炸藥密度，取1g/cm3;

dc-藥柱直徑，取32mm;

n-應(yīng)力增大系數(shù)，n=8～11。

經(jīng)計(jì)算，裂隙圈半徑為3.76～4.23m。

炮孔間排距通常取2倍裂隙圈半徑，炮孔間排距取7m，但炮孔間距需根據(jù)巷道施工空間等因素適當(dāng)調(diào)整，施工后進(jìn)行鉆孔窺視，檢驗(yàn)爆破卸壓效果后再確定間排距最終取值。

3.3 裝藥量

保證底板巖體內(nèi)部爆破時(shí)不發(fā)生擴(kuò)壺現(xiàn)象，即滿足：

（3）

則有：

（4）

由于當(dāng)le為最大lemax時(shí)，破裂區(qū)擴(kuò)散范圍最大且避免了擴(kuò)壺現(xiàn)象，則理想裝藥量為：

（5）

式中：

KB-在體積應(yīng)力下巖石的抗壓強(qiáng)度系數(shù)，計(jì)算式取KB=1.5;

Rc-巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，32.74MPa;

ρ-鉆孔裝藥密度，取1000kg/m3;

l-鉆孔長(zhǎng)度;

le-鉆孔裝藥系數(shù)，表示裝藥長(zhǎng)度與鉆孔長(zhǎng)度的比值。

lemax為le最大值，由上述公式得知le<0.64。

裝藥長(zhǎng)度分別為3.472m，裝藥質(zhì)量為2.79kg。

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)

深孔松動(dòng)爆破技術(shù)應(yīng)用中，多采用不耦合裝藥方式，不耦合系數(shù)取1.0～2.0，本方案取1.42。起爆方式多采用正向起爆，即爆轟波向下傳播。

3.5 炮孔堵塞長(zhǎng)度

封孔長(zhǎng)度不低于6m。封孔用速凝水泥或炮泥，一次爆破不多于2個(gè)孔[4]。

4 底板爆破效果分析

未采取爆破前 采取爆破后

圖2 采取深孔爆破前后對(duì)比

觀測(cè)巷道的變形量，以研究底板深孔爆破實(shí)施效果，選擇以4507回順爆破開(kāi)始位置為測(cè)量起始點(diǎn)，每間隔10m布置個(gè)測(cè)點(diǎn)，布置四個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)得頂?shù)装逡平?，期間頂板未發(fā)生明顯變化，故分析得到底鼓量。

4507回順采取深孔爆破后，底鼓量由324mm減小至98mm，證明底板深孔爆破可有效對(duì)抗底鼓發(fā)生。

5 結(jié)論

①對(duì)底板進(jìn)行深孔爆破后，底鼓量由底鼓量由324mm減小至98mm，后續(xù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)巷道累計(jì)底鼓量1400mm減小至649mm，有效遏制了4507回順底鼓的發(fā)生;

②底板深孔爆破工業(yè)性實(shí)驗(yàn)取得明顯效果，可推廣在在王莊煤業(yè)4號(hào)煤層其他巷道使用，其他巷道發(fā)生底鼓時(shí)也可采取底板深孔爆破措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]孫長(zhǎng)青.深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在綜放工作面的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2008，27（10）.

[3]王家臣，陳忠輝，白希軍等.堅(jiān)硬厚煤層綜放開(kāi)采頂煤預(yù)爆破參數(shù)研究[J].煤，2000，9（3）：1-4.

[4]魏殿志.爆炸沖擊波對(duì)煤體的變形和破壞作用分析[J].科技創(chuàng)新，2004（5）：41-42.