爆破過(guò)地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)在祥升礦工作面的應(yīng)用

李虹霖

（山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

0 引言

由于部分陷落柱或者斷層褶曲巖石硬度較大，采煤機(jī)進(jìn)行強(qiáng)性截割，容易產(chǎn)生大量的火化，引爆工作面的瓦斯。同時(shí)，對(duì)于堅(jiān)硬巖層，會(huì)增加采煤機(jī)等機(jī)電設(shè)備的損害程度[1-5]。因此，為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)造區(qū)煤礦安全高產(chǎn)高效回采，需要研究切實(shí)可行的快速過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的方法。本文結(jié)合祥升礦3301工作面地質(zhì)概況，采用深孔爆破技術(shù)過(guò)陷落柱異常區(qū)。

1 工程概況

3301綜采工作面是祥升礦3號(hào)煤三采區(qū)首采面，3號(hào)煤層位于山西組中部，K6砂巖下27.38 m，下距6號(hào)煤9.46 m，煤厚0.99～3.10 m。含0～2層夾石，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂板為砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，少量為細(xì)砂巖，屬穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。

根據(jù)地測(cè)部下發(fā)的地質(zhì)預(yù)報(bào)，3301工作面將通過(guò)X13陷落柱YC2異常區(qū)，區(qū)域范圍較大，主要集中在96—109號(hào)架，預(yù)計(jì)該處巖石厚度1.5 m，煤厚0.5 m，巖石范圍將逐漸縮小，預(yù)計(jì)推進(jìn)30 m過(guò)完該異常區(qū)。YC2異常區(qū)內(nèi)瓦斯含量為4.8～5.7 m3/t，瓦斯壓力值為0.1～0.15 MPa之間。根據(jù)3301工作面前期回采段地質(zhì)資料及已掘巷道的水害情況分析及工作面瞬變電磁報(bào)告顯示，工作面回采范圍內(nèi)無(wú)其他明顯異常區(qū)，預(yù)計(jì)回采前方可能出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，主要為巖層裂隙水，特別是錨索淋水。預(yù)計(jì)正常涌水量1～5 m3/h，最大涌水量10 m3/h。

2 深孔爆破設(shè)計(jì)原則

超深孔爆破對(duì)于煤礦系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并不陌生，其應(yīng)用已有很多年的歷史了，如瓦斯抽放時(shí)采用50～70 m超深鉆孔擴(kuò)裂爆破就有很多報(bào)道[6]。采用超深孔擴(kuò)裂爆破處理礦井綜采工作面大型構(gòu)造的研究，需要解決超深孔爆破技術(shù)的實(shí)用性和可操作性問(wèn)題，也就是說(shuō)要在確保安全的前提下高效、快速的通過(guò)大型構(gòu)造的問(wèn)題。根據(jù)超深孔爆破已有的研究成果和《煤礦安全規(guī)程》的要求，設(shè)計(jì)技術(shù)方案。由于超深孔爆破藥量較大，影響范圍大。為了摸清巖石介質(zhì)與爆破參數(shù)之間的關(guān)系，鉆孔設(shè)備所能達(dá)到的定位精度，以及結(jié)合采煤工藝參數(shù)，確實(shí)保證試驗(yàn)的安全、可控，并達(dá)到預(yù)期的爆破效果，確定如下爆破試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則：

1）根據(jù)采煤高度，將爆破破碎范圍控制在采高范圍內(nèi)，盡最大努力不傷及到頂、底板。

2）對(duì)爆破區(qū)域必須一次性破碎到位，避免重復(fù)爆破處理時(shí)的鉆孔困難和效率低下的問(wèn)題。

3）控制一次起爆藥量，弄清爆區(qū)瓦斯和煤塵（煤塵具有爆炸性）情況，若不清或有疑問(wèn)時(shí)，必須查清或采取措施后再施工，以確保生產(chǎn)安全。

根據(jù)上述原則和3301工作面的采高參數(shù)，以及以前研究的藥卷直徑與爆破破壞范圍的經(jīng)驗(yàn)，暫時(shí)確定藥卷直徑63 mm、炮孔深度15～20 m、一次爆破藥量控制在200 kg以?xún)?nèi)。

3 爆破設(shè)計(jì)方案

3.1 鉆孔設(shè)計(jì)

爆破鉆孔施工設(shè)計(jì)如圖1所示，具體參數(shù)及要求見(jiàn)表1。

圖1 鉆孔設(shè)計(jì)圖

表1 深孔預(yù)裂爆破鉆孔參數(shù)

施工要求：要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工,記錄并檢查鉆孔深度、角度、數(shù)量、鉆孔煤巖段長(zhǎng)度情況;鉆孔時(shí)盡量將孔內(nèi)煤渣排除，要求鉆桿鉆到規(guī)定深度時(shí)鉆機(jī)空轉(zhuǎn)5 min。

3.2 鉆孔設(shè)備

工作面爆破打孔采用Z DY4200L煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)，屬于自行式、低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩類(lèi)型，適于采用復(fù)合片鉆頭施工深度約500 m的大直徑鉆孔。鉆機(jī)設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 Z DY4200L鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

炮孔孔徑為75 mm，鉆桿直徑為63 mm，每根鉆桿長(zhǎng)度為1.5 m。本次爆破采用較大的鉆桿，對(duì)于鉆孔防跑偏具有重要意義。采用P DC內(nèi)凹三翼加強(qiáng)型鉆頭，鉆頭直徑為75 mm，在硬度系數(shù)80～100 MPa的復(fù)雜巖層中鉆進(jìn)適應(yīng)力強(qiáng)，具有較好的穩(wěn)定性，排屑利，進(jìn)尺迅猛，是完成一般鉆孔的首選工具。

3.3 鉆孔防跑偏設(shè)計(jì)

井下打鉆過(guò)程中鉆頭所需推力由鉆機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)提供，鉆桿處兩端受壓狀態(tài)。由于排屑的需要，鉆桿的直徑小于鉆頭的直徑，即孔壁與鉆桿外壁之間存在一個(gè)排屑間隙，而鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭與鉆桿整個(gè)鉆具處于兩端受壓狀態(tài)，造成鉆桿有一個(gè)微量的彎曲，進(jìn)而引起鉆孔的“跑偏”。

為了解決這一問(wèn)題，在鉆頭的后方加裝一個(gè)定向裝置，如圖2所示。定向裝置有3部分組成：外筒、內(nèi)管和輻射狀支撐筋，其中內(nèi)管直徑和鉆桿直徑相同，用于和鉆桿相連；外筒直徑比鉆孔直徑略小，這樣可以保證鉆頭后方的鉆桿不會(huì)產(chǎn)生彎曲，進(jìn)而防止鉆進(jìn)過(guò)程中的“跑偏”；外筒和內(nèi)管之間以輻射狀的支撐筋連接，支撐筋間留有空隙，用于排渣。

圖2 鉆孔防跑偏裝置

3.4 裝藥設(shè)計(jì)

為了使超深孔爆破的裝藥更為順利、更為方便，根據(jù)爆破模擬實(shí)驗(yàn)和柱狀藥包爆破破裂區(qū)范圍，特設(shè)計(jì)了適用于煤礦爆破殼體結(jié)構(gòu)。該殼體結(jié)構(gòu)為P V C管材質(zhì)，其外徑為50 mm、內(nèi)徑2 mm；有效裝藥長(zhǎng)度為2 000 mm，并且各殼體之間可以通過(guò)專(zhuān)用接頭連接。因此，采用這種殼體的裝藥結(jié)構(gòu)，可以為裝藥和爆破帶來(lái)如下好處：

1）具有抵抗爆炸沖擊波或爆炸應(yīng)力波的壓縮作用，減小炸藥動(dòng)壓減敏作用。

2）藥包具有一定的剛度，使藥包與炮孔之間更具有適應(yīng)性，裝藥更為順利和通暢。

3）各藥包之間可以緊密連接起來(lái)形成藥柱，并且它們的連接均具有一定的強(qiáng)度，在裝藥時(shí)可以使整個(gè)藥柱自由進(jìn)出，可以避免裝藥還沒(méi)有裝到位而卡在孔中無(wú)法處理的情況，有利于爆破安全。

4 實(shí)施效果

當(dāng)3301工作面皮順現(xiàn)推進(jìn)至247 m，軌順推進(jìn)至248 m時(shí)，已經(jīng)在工作面17-25號(hào)架揭露該異常區(qū)。經(jīng)深孔爆破后，X13陷落柱的YC2異常區(qū)的巖石被弱化，可使用采煤機(jī)直接切割的方式通過(guò)。鉆孔準(zhǔn)確性較好，爆破效果可控。

5 結(jié)語(yǔ)

基于祥升礦工作面采煤過(guò)X13陷落柱YC2異常區(qū)時(shí)割煤速度緩慢的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)采用深孔爆破技術(shù)方案，設(shè)計(jì)鉆孔防跑偏裝置，使陷落柱異常區(qū)的巖石變軟，提高了過(guò)陷落柱異常區(qū)的速度，保障了工作面安全回采。