張繼忠

(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院， 黑龍江哈爾濱 150027)

基于長孔松動爆破的巷道放頂煤采煤法應(yīng)用研究

張繼忠

(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院， 黑龍江哈爾濱 150027)

對采用長孔松動爆破區(qū)段的鉆孔角度和長度及填藥結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，合理的確定了爆破方案和設(shè)計參數(shù)，并對長孔松動爆破技術(shù)在試驗礦井的應(yīng)用效果進行了技術(shù)分析。關(guān)鍵詞:急傾斜;巷道放頂煤;長孔松動爆破;技術(shù)分析

七臺河市大乘煤礦生產(chǎn)能力為15萬t/a，井田范圍內(nèi)煤層厚度1.8～10 m，由于受背斜軸的影響，煤層局部變化，煤層傾角45°～85°，賦存不穩(wěn)定。2008年前，大乘煤礦回采工作面基本采用倉儲法采煤。但《國家煤礦安全監(jiān)察局關(guān)于急傾斜煤層安全開采的指導(dǎo)意見》中指出，要堅決淘汰倉儲式采煤方法，2008年1月1日起，嚴(yán)禁使用倉儲式采煤法。為此，大乘煤礦與黑龍江科技學(xué)院合作研究適合該礦開采條件的，能達到安全、高產(chǎn)高效的采煤方法。

1 巷道放頂煤研究方案

1.1 研究方案的確定

巷道放頂煤采煤法主要是利用礦山壓力作用或輔以人工松動的方法，使巷道上方頂煤破碎，堆于采場，臨時支撐頂、底板[1]，并通過預(yù)先布置好的放煤口將松散的頂煤放出。但在現(xiàn)場實際應(yīng)用過程中，對于急傾斜厚煤層，僅依靠礦山壓力作用使頂煤破碎并實現(xiàn)安全下放的效果并不明顯，頂煤存在不破碎、大塊卡放煤口、粘頂?shù)装宓痊F(xiàn)象。為提高煤炭回采率和經(jīng)濟效益，在巷道放頂煤采煤法中應(yīng)用長孔松動爆破技術(shù)使頂煤松散、破碎，實現(xiàn)頂煤順利安全下放。

1.2 研究區(qū)段地質(zhì)概況

研究段位于60#層七片標(biāo)高+2.0 m水平，區(qū)段走向長度293 m，區(qū)段垂高30 m，如圖1所示。煤層平均厚度5.6 m，煤層傾角81°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普氏系數(shù) f=1.96，直接頂0.8 m，老頂15 m，均為粉細(xì)砂巖，易垮落，煤質(zhì)為1/3焦煤。煤層自燃發(fā)火期長，無煤塵爆炸危險和水害影響，屬低瓦斯礦井。

1.3 巷道布置

沿60#層七片布置放煤巷道，放煤巷道布置有沿煤層頂板、底板和煤層之中3種情況[2]，它和放煤眼均受落煤沖擊和放煤流動的影響。由于本層煤厚度變化較大，經(jīng)綜合考慮，放煤巷道沿煤層之中偏向頂板布置較為有利，在放煤巷道支架上方留有保護煤柱，頂煤順利下放后，放煤巷道便處于沿空留巷狀態(tài)。

圖1 區(qū)段巷道掘進工程

在放煤巷道傾斜方向上按一定距離布置初采巷道，初采巷道與放煤巷道沿走向按一定距離布置放煤眼。巷道掘進初期在區(qū)段邊界位置由七片放煤巷道沿煤層傾斜方向向六片掘上山切眼，與六片貫通形成通風(fēng)回路。該采煤方法回采工藝分初采、正?；夭珊徒K采。初采是利用礦山壓力作用并輔以長孔松動爆破將一定范圍內(nèi)的煤體破碎，同時放出少量頂煤，為正常回采做準(zhǔn)備;正?；夭墒遣扇《噍喍嗫诰夥琶悍绞椒琶篬3];終采是回撤輸送機和支架并回收支架上的余煤。巷道放頂煤回采工作面布置方案如圖2所示。

圖2中，在工作面邊界位置第一次進行長孔松動爆破時，由于煤體經(jīng)長孔松動爆破后散脹程度較大，加之煤層較厚，初采巷道的空間無法滿足煤體的散脹空間，導(dǎo)致頂煤成大塊和破碎不明顯，嚴(yán)重影響接下來的長孔松動爆破效果，固在邊界處掘上山切眼。這樣的做法即有利于長孔松動爆破，又便于工作面初期的通風(fēng)。

圖2 回采工作面巷道布置

2 長孔松動爆破研究

松動爆破主要是利用爆破作用，使介質(zhì)原地破裂或散落在原地及附近的爆破[4]。而長孔松動爆破是依據(jù)松動爆破的原理并在其基礎(chǔ)上合理設(shè)計鉆孔長度、角度和裝藥結(jié)構(gòu)，在煤層內(nèi)爆破，使煤體達到松動，成為散體的一項技術(shù)。

在區(qū)段高度范圍內(nèi)布置回風(fēng)平巷、放煤巷道和初采巷道，在初采巷道內(nèi)沿煤層傾斜方向向煤體打鉆孔，并在孔內(nèi)裝填炸藥，利用爆破作用使區(qū)段范圍內(nèi)的煤體松動、松散。

2.1 設(shè)計要求

(1)保證初采巷道的安全穩(wěn)定性。初采巷道是井下作業(yè)人員向煤體打鉆孔、裝藥和放炮等工序的作業(yè)場所，應(yīng)保證初采巷道的穩(wěn)定性，按照設(shè)計的需要采用單體液壓支柱進行支護，單體液壓支柱在放炮作業(yè)前撤出。同時，要求松動爆破設(shè)計必須保證初采巷道暢通，不能使煤壁片幫，不能崩倒支柱，崩漏巷道。

(2)優(yōu)化鉆爆參數(shù)，以最少的炸藥量，使煤層得到充分的松動，在煤體內(nèi)形成裂隙發(fā)育體，得到比較充分的破碎。

(3)松動爆破要盡量減少對煤層頂、底板的破壞，以防頂、底板破碎矸石提前垮落混入頂煤中，影響放煤效果。

2.2 方案的確定

根據(jù)七臺河礦區(qū)的要求和實際情況，鉆孔爆破采用乳化炸藥，并根據(jù)所設(shè)計的鉆孔長度的不同，在鉆孔內(nèi)進行多段填藥，每段間采用炮泥和水泡泥進行充填，利用瞬發(fā)雷管起爆炸藥。鉆孔長度根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)計為4，8 m和15 m 3種形式。鉆孔間距采用1 m和0.7 m。鉆孔布置見圖3，裝藥結(jié)構(gòu)見圖4和表1。

圖3 初采巷道炮眼布置

圖4 鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)

表1 不同鉆孔填裝結(jié)構(gòu)及鉆孔數(shù)

3 技術(shù)分析

(1)視煤層傾角、厚度、煤的物理力學(xué)性質(zhì)等因素，并結(jié)合開采技術(shù)水平合理確定鉆孔長度和角度[5]?，F(xiàn)場應(yīng)用中:對于傾角和厚度大、煤層結(jié)構(gòu)簡單、頂?shù)装鍡l件好、煤層強度小、瓦斯水文條件簡單、可放性好的煤層，選擇淺鉆孔松動爆破;對于厚度較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、煤層強度大、可放性差的煤層采用長孔松動爆破。

(2)應(yīng)用研究中，采用放煤眼傾斜布置方式，在放煤巷道側(cè)幫靠近上部處留出放煤口，初采巷道內(nèi)炮眼布置為沿煤層傾向向上扇形布置。向上扇形布置鉆孔不易破壞放煤巷道的保護層，對巷道的穩(wěn)定性有利。

(3)利用初采巷道和各放煤眼為自由面擴大爆破的自由空間，由于煤體破碎后松散系數(shù)增加，這里又可作為頂煤碎脹后的釋放空間，使頂煤松動效果明顯，為正常回采提供有利條件。

(4)回采工作面形成初期，在邊界處開掘上山切眼，為下一步長孔松動爆破創(chuàng)造了良好的條件。

[1] 楊喜才.急傾斜煤層巷道放頂煤采煤法的實踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34(6):10 －11.

[2] 趙伏軍，等.長孔爆破在巷道放頂煤中的試驗研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2002，30(2):26 －27.

[3] 霍丙杰，張宏偉，耿養(yǎng)謀.急傾斜煤層巷道放頂煤回采工藝研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2009，29(4):8 －9.

[4] 劉金海，馮 濤，王衛(wèi)軍，等.急傾斜煤層頂煤可放性識別的距離判別方法及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，2008，33(6):601 －605.

[5] 董隴軍，李夕兵，白云飛，等.急傾斜煤層頂煤可放性分類預(yù)測的Fisher判別分析模型及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，2009，(1):58－63.

2011－03－19)

張繼忠(1976－)，男，黑龍江慶安人，工程師，碩士，主要從事礦山壓力與控制和采煤方法的研究工作，Email:zdsys@163.com。