劉晉杰

?

煤峪口礦動(dòng)壓開(kāi)采條件上覆煤柱與底板爆破弱化技術(shù)

劉晉杰

摘要同煤集團(tuán)煤峪口礦由于上部多煤層開(kāi)采后遺留下多重煤柱，煤柱及底板受壓變形集聚了大量的能量，導(dǎo)致下層煤開(kāi)采時(shí)巷道集中壓力頻發(fā)。本文針對(duì)煤柱及底板進(jìn)行弱化爆破，釋放集聚的能量，減少礦壓動(dòng)力顯現(xiàn)的發(fā)生，有效的降低巷道的支護(hù)和維護(hù)成本，為煤峪口礦實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。關(guān)鍵詞動(dòng)壓開(kāi)采；卸壓爆破；底板弱化爆破；卸壓爆破參數(shù)

0引言

同煤集團(tuán)煤峪口礦是一個(gè)老礦井，上部多煤層開(kāi)采后遺留下多重煤柱，煤柱及底板受壓變形集聚了大量的能量，導(dǎo)致下層煤開(kāi)采時(shí)巷道集中壓力頻發(fā)，特別是2000年以后進(jìn)入礦壓動(dòng)力顯現(xiàn)發(fā)生的高發(fā)期，規(guī)模越來(lái)越大，頻率越來(lái)越高，動(dòng)力強(qiáng)度和破壞程度越來(lái)越強(qiáng)。僅近幾年發(fā)生數(shù)十起，破壞的巷道達(dá)數(shù)千米。給礦井的正常產(chǎn)生和安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅，本文針對(duì)煤峪口礦礦壓動(dòng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，結(jié)合上覆煤柱穩(wěn)定性及卸壓爆破機(jī)理研究，同時(shí)采用煤柱及底板卸壓爆破技術(shù)防治礦壓動(dòng)力顯現(xiàn)，提出合理的煤柱及底板卸壓爆破弱化方案及爆破參數(shù)[1]，為解決了該礦礦壓動(dòng)力顯現(xiàn)的預(yù)測(cè)與防治技術(shù)難題，提供了有效的技術(shù)途徑。

1煤柱及底板卸壓爆破實(shí)施

1.1爆破方案

實(shí)施位置是以煤峪口礦14#層410盤(pán)區(qū)81006工作面51006巷為背景，該巷在掘進(jìn)過(guò)程中上覆煤柱的集中壓力顯現(xiàn)，并引發(fā)發(fā)生強(qiáng)度不同的沖擊地壓，造成巷道支護(hù)體嚴(yán)重破壞，兩幫內(nèi)移，頂板下沉，底板突起。因此以410盤(pán)區(qū)81006工作面51006巷上覆煤柱及底板為爆破卸壓實(shí)施對(duì)象，該巷上覆煤柱壓力現(xiàn)象明顯，巷道破壞嚴(yán)重，與其它巷道距離較遠(yuǎn)，有利于進(jìn)行卸壓爆破應(yīng)用與研究。

14#層上部有多層采空區(qū)和多重煤柱。14#層410盤(pán)區(qū)81006工作面51006巷與11#、12#煤層工作面的巷道采取內(nèi)錯(cuò)布置，上下巷道中對(duì)中7 m，層間距厚度為6 m，上覆煤柱斷面尺寸為20×7 m。上覆煤柱頂板比較堅(jiān)硬，f=8-10，底板相對(duì)硬度較小，f=6-8，煤的硬度為f=2.1。

1.2卸壓爆破機(jī)理

此次卸壓爆破主要是針對(duì)上覆煤柱及底板中所集聚的能量進(jìn)行爆破[2]，通過(guò)爆破破壞煤柱和煤柱底板，使煤柱得到破壞并使底板產(chǎn)生溝槽或破碎帶，從而達(dá)到釋放壓力的目的。

1.3上覆煤柱準(zhǔn)確位置確定

煤柱的方向偏差幾度或位置偏移幾米，對(duì)煤柱的爆破都能產(chǎn)生很大的影響，因此利用鉆孔和窺視儀對(duì)煤柱做進(jìn)一步的鉆探，圈定煤柱的尺寸和走向。在已確定煤柱位置，沿著煤柱的走向位置布置4個(gè)鉆孔，即1、2、3、4號(hào)鉆孔，鉆孔間距為50 m，設(shè)計(jì)出1、2、3號(hào)鉆孔的長(zhǎng)度和水平角度并使孔底在煤柱的中線(xiàn)上，4號(hào)鉆孔設(shè)計(jì)偏離煤柱中心線(xiàn)9 m，探測(cè)的長(zhǎng)度是150 m，即為卸壓爆破的范圍。通過(guò)窺視儀觀察探測(cè)孔煤壁的變化情況。

1.4采空區(qū)及煤柱內(nèi)瓦斯對(duì)爆破安全性影響

瓦斯爆炸是由多個(gè)條件決定的，特別是瓦斯的濃度和溫度最重要的條件缺一不可，只要采取的措施得當(dāng)，就可以實(shí)現(xiàn)安全爆破。

（1）爆破前對(duì)鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)，濃度超標(biāo)時(shí)，用壓風(fēng)將孔內(nèi)瓦斯吹出，然后快速裝填藥卷，并在靠近藥卷處堵上一段炮泥，炮泥要搗實(shí)以隔絕外部瓦斯的進(jìn)入；（2）鉆孔定位要準(zhǔn)確，保證鉆孔施工質(zhì)量，使鉆孔基本上在煤柱的中間位置，該煤層比較堅(jiān)硬和致密，該盤(pán)區(qū)為低瓦斯盤(pán)區(qū)，存在瓦斯的可能性小，爆破相對(duì)安全；（3）采用煤礦安全許用炸藥，毫秒微差爆破，段數(shù)控制在3段，確保爆破的安全；（4）如果孔內(nèi)瓦斯?jié)舛染痈卟幌拢刹扇】變?nèi)先注惰性氣體，然后在實(shí)施爆破；（5）炮孔裝藥段外全部用炮泥封口。

1.5底板弱化爆破

根據(jù)14#層與11#、12#煤層工作面的的巷道布置方式和可能的相互關(guān)系，對(duì)煤柱與底板的卸壓爆破可以采取如下爆破方案：

（1）當(dāng)上部煤柱與下部巷道水平距離較近時(shí)，煤柱的位置等條件容易掌握，采用圖1（a）布孔方式，從下部巷道對(duì)煤柱直接實(shí)施爆破，煤柱被破壞后，聚集在下部底板中的能量也能得到有效釋放。

（2）當(dāng)上部煤柱距下部巷道水平距離較大時(shí)，對(duì)煤柱實(shí)施爆破需要炮孔較長(zhǎng)，增大了鉆孔工作量及影響炮孔孔底所到達(dá)位置的準(zhǔn)確性，使爆破效果和安全受到影響，此時(shí)，可采取圖1（b）布置方法，從下部巷道對(duì)煤柱內(nèi)側(cè)底板實(shí)施爆破，爆破點(diǎn)上部是采空區(qū)，這樣有利于爆破，使爆破的作用力向著自由面的方向即采空區(qū)方向，減小了對(duì)下部51006巷道頂板的爆破破壞作用。底板實(shí)施爆破，在煤柱與下部巷道頂板之間形成卸壓破碎帶，從而達(dá)到阻止煤柱壓力擴(kuò)散及底板的卸壓目的。

圖1煤柱爆破爆孔布置

當(dāng)實(shí)施卸壓爆破的51006巷確定后，通過(guò)實(shí)地測(cè)定、監(jiān)測(cè)和論證，卸壓爆破方案確定為（a）并對(duì)上述的方案進(jìn)行了完善，把爆破場(chǎng)地設(shè)在51006巷內(nèi)，通過(guò)51006巷實(shí)施對(duì)煤柱的爆破，該巷距上覆煤柱較近，炮孔長(zhǎng)度相對(duì)較小，爆破位置易控制，爆破的安全性和可靠性高，對(duì)其他工作面的生產(chǎn)和巷道掘進(jìn)影響小。由于煤柱寬度20 m，煤柱在爆破時(shí)煤體吸收爆炸能較大，也就是說(shuō)爆炸能在煤體內(nèi)衰減的快，所以，為了提高爆破卸壓的效果，把實(shí)施方案中的單排布置的炮孔改為單雙孔交替布置，如圖2所示。

圖2煤柱卸壓爆破炮孔布置

底板卸壓爆破由于方案（b）爆破點(diǎn)距離下部巷道（51006巷）頂板太近，爆破時(shí)容易破壞巷道的頂板，因此底板卸壓爆破確定在煤柱的下部巖石中進(jìn)行，由于煤柱的傳導(dǎo)作用，在煤柱下部的底板中也存在一定的變形能量，上部煤柱下的底板就是14#煤層頂板，對(duì)其實(shí)施爆破可直接釋放51006巷頂板壓力。1.6卸壓爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）煤柱炮孔角度范圍確定見(jiàn)圖3所示

圖3煤柱爆破炮孔角度設(shè)計(jì)

（2）煤柱爆破炮孔長(zhǎng)度、角度確定如圖4所示

圖4煤柱爆破炮眼布置及炮眼角度、炮孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

計(jì)算長(zhǎng)度為20.6 m和17 m，為了施工方便將1#、2#炮孔的長(zhǎng)度L1、L2確定為20 m和17 m。

（3）底板爆破炮孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5所示

圖5煤柱爆破炮眼布置及炮眼角度、炮孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

則炮孔的長(zhǎng)度為：

炮孔水平方向夾角：

（4）炮孔間距確定

煤柱底板卸壓的炮孔間距確定為5 m。

（5）炮孔裝藥量

煤柱與底板卸壓爆破采用規(guī)格為Φ50×500煤礦安全許用炸藥，鉆孔直徑為63 mm；炮孔裝藥長(zhǎng)度為3 m，炮孔的堵塞長(zhǎng)度不小于10 m，單孔藥量6 kg。

2煤柱及底板卸壓爆破實(shí)施效果分析

為了對(duì)實(shí)施煤柱及底板卸壓爆破的效果進(jìn)行綜合對(duì)比分析，采用多種監(jiān)測(cè)和監(jiān)控手段對(duì)實(shí)施卸壓爆破的81006工作面51006巷進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)和礦山壓力顯現(xiàn)監(jiān)控，51006巷卸壓爆破試驗(yàn)范圍確定在距補(bǔ)巷巷口115 m到250 m的范圍，約135 m。共劃分三個(gè)觀測(cè)段，即L1、L2、L3段，其中L1為補(bǔ)巷口115 m~155 m處，L2為160 m~200 m處，L3為205 m~245 m處。于2014年6月20號(hào)開(kāi)始對(duì)L1段通過(guò)電磁輻射儀、微地震監(jiān)測(cè)、礦壓監(jiān)測(cè)等手段進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)和沖擊地壓監(jiān)控；L2爆破段于7月25日開(kāi)始頂板弱化處理卸壓爆破，第一次爆破起爆三組，第二次起爆三組，爆破后鉆窺視孔，對(duì)爆破效果進(jìn)行觀測(cè)；8月16日開(kāi)始對(duì)L3段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，9月2日結(jié)束。綜合分析對(duì)比3個(gè)測(cè)段的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)爆破弱化處理的巷道沖擊地壓的頻率和能力大小兩方面均有明顯的減少和減弱，煤體與煤柱的應(yīng)力和壓力明顯降低，達(dá)到了預(yù)期的效果，保證了81006工作面的穩(wěn)定性和正常使用。

3結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用表明，在煤柱內(nèi)直接進(jìn)行卸壓爆破。不僅解決了煤層群開(kāi)采底煤層礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈問(wèn)題，還顯著提高了工作面開(kāi)采效率，近一年直接經(jīng)濟(jì)效益新增產(chǎn)值168 750元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，減少了煤炭資源的浪費(fèi)，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]常朝朝，楊溢，王從行.保護(hù)煤柱卸壓爆破技術(shù)研究及應(yīng)用[J] .中國(guó)煤炭，2010，12（36）：50.

[2]代長(zhǎng)春，桂兵，吳學(xué)新.深孔爆破卸壓技術(shù)在沖擊地壓防治中的應(yīng)用[J] .煤炭技術(shù)，2009（28）：154-155.

劉晉杰，男，1963年出生，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)技術(shù)中心工作，工程師。

Weakening Blasting Technology and Application of Overlying Coal Pillar and Floor of Meiyukou Mine in Dynamic Pressure Mining Condition

Liu Jingjie

Abstract：Because of leaving multiple coal pillar after the upper multi coal seam mining, coal pillar and floor gathers a lot of energy by compressive deformation, it leads to occurring frequently of roadway concentration pressurewhen the lower coal mining. In view of weakening blasting the coal pillar and floor, accumulation energy is released, mine pressure dynamic perform is prevented and controlled, the roadway support and maintenance cost is effectively reduce, it provides strong technical support to realize safe and efficient production for Meiyukou Mine.

Key words：dynamic pressure mining; pressure release blasting; floor weakening blasting; pressure release blasting parameter

收稿日期：2016-01-25

作者簡(jiǎn)介

中圖分類(lèi)號(hào)TD322+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1000-4866 (2016) 01-0015-03