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        王村煤業(yè)底板深孔爆破技術(shù)應(yīng)用

        2019-10-21 11:18:21逯文博
        關(guān)鍵詞:底鼓

        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(lèi)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(zhuān)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(mǎn)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浚陂g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.

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