切頂卸壓爆破沿空留巷技術(shù)淺析

2012-04-29 00:00:00岳寧等

中小企業(yè)管理與科技·上旬刊 2012年9期

摘要：采用爆破技術(shù)預(yù)裂頂板，利用采場(chǎng)周期來(lái)壓沿空切頂，形成對(duì)上覆老頂巖梁的支撐結(jié)構(gòu)，控制老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)和下沉變形，實(shí)現(xiàn)卸壓作用；切落的頂板形成巷幫，從而保留工作面下順槽，作為鄰近工作面上順槽，改變傳統(tǒng)長(zhǎng)壁開(kāi)采一面雙巷模式為一面單巷采掘模式。

關(guān)鍵詞：爆破切頂卸壓沿空留巷

1 概述

南屯煤礦1610上軌道順槽采用留煤柱沿空留巷方式，這種方式施工方法簡(jiǎn)單，但是煤垛支撐頂板效果較差，且強(qiáng)度不足，亦不能切斷采空區(qū)頂板來(lái)壓途徑，可能被動(dòng)壓壓垮破壞，影響工作面回采。遺留的煤垛無(wú)法開(kāi)采利用，造成資源浪費(fèi)。

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，提出了切頂卸壓沿空留巷新技術(shù)，進(jìn)行了系統(tǒng)的理論與配套技術(shù)研究，并取得了突破性進(jìn)展。

2 切頂卸壓沿空留巷技術(shù)淺析

2.1 切頂卸壓爆破技術(shù)方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

切頂卸壓沿空留巷技術(shù)采用雙向聚能爆破技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其對(duì)頂板的定向切割。雙向聚能拉張成型爆破新技術(shù)是在常規(guī)爆破和控制爆破基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型巖體聚能控制爆破技術(shù)，其概念是指將藥包放入在兩個(gè)設(shè)定方向有聚能效應(yīng)的聚能裝置，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，而在設(shè)定方向上集中受拉，從而實(shí)現(xiàn)被爆破體按照設(shè)定方向拉張斷裂成型。

該爆破技術(shù)是在對(duì)比研究多種聚能爆破和定向控制爆破方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型聚能爆破技術(shù)，施工工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用時(shí)只需在預(yù)裂線上施工炮孔采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向。爆轟產(chǎn)物將在兩個(gè)設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中拉張應(yīng)力，使預(yù)裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預(yù)裂面。由于鉆孔間的巖石是拉斷的，爆破炸藥單耗將大大下降，同時(shí)由于聚能裝置對(duì)圍巖的保護(hù)鉆孔周邊巖體所受損傷也大大降低，所以該技術(shù)可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)預(yù)裂的同時(shí)又可以保護(hù)沿空巷道頂板的目的。

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圖2-1 切頂卸壓沿空留巷預(yù)期效果圖

2.2 切頂卸壓起始位置

切頂卸壓沿空留巷起始位置的選擇在一定程度上影響著最終的成巷效果。為保證工程項(xiàng)目的順利實(shí)施及施工安全，在選擇起始位置時(shí)，要綜合考慮多種因素，慎重選擇。

跟據(jù)十一采區(qū)其他工作面實(shí)測(cè)礦壓資料，預(yù)計(jì)該工作面的礦壓情況如下：①直接頂初次跨落步距為14～25m。②老頂初次來(lái)壓步距為25～30m。③老頂周期來(lái)壓步距為8～12m。

順槽超前影響范圍及巷道變形預(yù)計(jì)：①順槽超前壓力影響范圍為20～25m。②頂?shù)装逑鄬?duì)移近量為30～50mm。③兩幫相對(duì)移近量為60～90mm。

新切眼位于距停采線350m處。

根據(jù)頂板初次來(lái)壓步距為25～30m，可確定于新開(kāi)切眼后15m（初次來(lái)壓步距的1/2）即可消除新切眼的干擾，進(jìn)行預(yù)裂爆破切頂施工。

在新切眼施工過(guò)程中揭露新斷層，為了消除斷層影響，保證工程質(zhì)量，確定切頂開(kāi)始位置為新切眼后50m。

2.2.1 炮孔深度（預(yù)裂爆破切縫高度）設(shè)計(jì)

聚能爆破炮孔深度與煤層頂、底板巖性及厚度，煤層厚度，工作面采高及順槽斷面尺寸有密切聯(lián)系。炮孔深度是否合適將直接影響到爆破切頂效果，頂板垮落程度及施工工程量。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地質(zhì)鉆孔柱狀情況，1610工作面煤層頂板十下灰?guī)r厚度為4.1～6.2m，平均厚度5m；煤層平均厚度0.9m；1610上軌道順槽，斷面為矩形，規(guī)格：凈寬×凈高=3.4×2.0m，斷面面積：6.8m2。

經(jīng)理論分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)（頂板垮落容易），設(shè)計(jì)炮孔深度4m，向工作面?zhèn)绕D(zhuǎn)5°（施工方便且頂板垮落更容易）。

這既保證了足夠的切頂深度，也充分利用了頂板性質(zhì)，減小施工量加快施工進(jìn)度，提高了生產(chǎn)效率。為保證爆破切頂效果，設(shè)置1m深輔助炮孔并裝藥爆破。打孔施工要保證炮孔質(zhì)量，應(yīng)平直齊，炮孔布設(shè)應(yīng)確保對(duì)齊，成一條直線，炮孔的角度和孔位應(yīng)按技術(shù)要求嚴(yán)格操作。

2.2.2 炸藥直徑、聚能管徑與炮孔直徑三徑匹配

炸藥藥卷直徑（d1）、聚能管徑與（d2）、炮孔直徑（d3）三者之間必須相互適應(yīng)，以保證最佳的爆破效果。選擇標(biāo)準(zhǔn)為：①聚能管直徑大于藥卷直徑。為了使藥卷能較為順利的放入聚能管內(nèi)，聚能管的直徑必須大于藥卷直徑；但是聚能管直徑不能無(wú)限制的大，必須保證藥卷在聚能管中能被固定住，保證爆破質(zhì)量。②炮孔直徑大于聚能管直徑。為了便于聚能管的安裝，炮孔直徑必須大于聚能管直徑；為保證聚能管在炮孔中定向固定及爆破時(shí)聚能效果；根據(jù)理論分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，炮孔直徑一般比聚能管直徑大4～7mm。

根據(jù)理論研究和綜合現(xiàn)場(chǎng)已有設(shè)備，選擇外徑Ф32mm

聚能管，與之相匹配的最佳炮孔直徑為38mm，炸藥直徑為27mm，鉆頭直徑38mm。這樣既能保證藥徑與管徑很好地緊密耦合又保證了藥卷能較易放入聚能管中。

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圖2-2 聚能管加工示意圖

雙向聚能管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-2。設(shè)計(jì)聚能孔直徑為4mm，聚能孔的孔間距（中心到中心）為8mm。聚能管長(zhǎng)度一般取炮孔長(zhǎng)度的60%～70%效果最好。

2.2.3 切頂炮孔間距及炮孔裝藥量設(shè)計(jì)

單孔裝藥量與炮孔之間間距成正比關(guān)系。單孔裝藥量與炮孔孔間距的確定直接影響定向爆破切頂效果。

①單孔裝藥量越多，定向聚能爆破時(shí)產(chǎn)生的縱向裂縫向兩側(cè)延伸越遠(yuǎn)，兩炮孔之間的孔間距就可設(shè)置的越大，可減少鉆孔施工工程量，加快施工進(jìn)度，提高生產(chǎn)效率。

②單孔裝藥量過(guò)多，爆破時(shí)能量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致頂板嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致頂板大面積垮落，增加返修維護(hù)及清矸的工程量，影響順槽使用，甚至危害施工人員安全。

因此確定適當(dāng)?shù)膯慰籽b藥量及炮孔孔間距是決定切頂卸壓沿空留巷技術(shù)成敗的關(guān)鍵。

根據(jù)已完成的現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，結(jié)合理論分析，基于現(xiàn)場(chǎng)已有材料；為了既保證切縫貫通效果，又能確保爆破切面較光滑平整，保證切落頂板完整性；采用孔間距為800mm，孔深4000mm，兩孔中間設(shè)置深度1000mm輔助炮孔。采用二級(jí)煤礦水膠炸藥，炸藥規(guī)格為：直徑Φ27mm×400mm/卷。4000mm炮孔單孔裝藥4卷，1000mm輔助炮孔單孔裝藥1卷。

炮孔具體布置方式見(jiàn)圖2-3。

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圖2-3 沿空護(hù)巷聚能爆破炮孔間距（mm）布置平面圖

2.2.4 聚能爆破參數(shù)匯總

爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

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3 主要結(jié)論

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

①消除臨近工作面煤體上方應(yīng)力集中。

②減小采掘比，提高生產(chǎn)效率，操作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。

③避免留設(shè)煤柱引發(fā)的沖擊地壓、瓦斯突出、自燃等災(zāi)害。

切頂卸壓沿空留巷新技術(shù)，避免了留設(shè)煤柱造成的資源浪費(fèi)，提高資源回收率，減小采掘比，提高生產(chǎn)效率；減小巷道掘進(jìn)及返修工程量，簡(jiǎn)化工作面端頭維護(hù)工作量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，能取得顯著的社會(huì)效益。