提高炮采工作面塊煤率的爆破技術

摘要：目前，仍有許多礦井采用技術相對落后的鉆爆工藝進行煤礦開采，鉆爆導致煤體破碎度大，塊煤率低。因此，在對煤層的貯存條件和地質構造進行深入分析的基礎上結合爆破采煤原理采取適宜的較為先進的爆破技術，能有效提高塊煤率，增加經濟收益。

本文對于影響炮采面塊煤率的因素進行了分析并提出了提高塊煤率的爆破技術措施，以期能夠為相關的實踐提供些許理論基礎。

關鍵詞：炮采 塊煤率 爆破

近年來，煤炭市場粉煤滯銷，優質塊煤仍為市場上的搶手貨，供不應求，且每噸塊煤高出粉煤售價100～200元。在這種形勢下，煤礦經營者只有提高塊煤率及其產量，才能有效增加其經濟收益。

1 炮采面塊煤率的影響因素

1.1 煤層強度對炮采面塊煤率的影響

煤體本身的力學性質是內在因素，也是影響塊煤率的最主要因素，強度愈高，爆破后完整性愈好。在同樣的爆破壓力作用下，煤體的抗壓、抗拉、抗剪強度愈大，越不易破碎，塊煤率越高。無煙煤的硬度比較大，進行爆破處理時，無煙煤礦的塊煤率就比較高。

1.2 地質構造對炮采塊煤率的影響

煤層的斷裂破壞常常是構造運動導致的。斷層、層理、解理、褶曲、裂隙、不同巖層的接觸等都屬于破壞的范疇，叫做弱面。對于爆破性，弱面對爆破性的影響有：①弱面導致壓力和爆生氣體泄漏，降低爆破能力，影響爆破效果。②弱面能夠破壞巖體的完整性，使巖體從弱面處破裂、崩落。同時，弱面能夠增強爆破應力波的反射作用，從而增大巖石的破碎率。一般，平行于或順著巖層的層理、裂隙的爆破比較困難，塊煤率大；垂直層理、裂隙爆破時，塊煤率低。風化程度比較嚴重的煤體，易于破碎，爆破后，塊煤率低。

1.3 支承壓力對炮采塊煤率的影響

煤層采出后，來源于上覆巖層的重量以垂直壓力在圍巖應力重新分布的范圍內，作用在煤層、巖層和矸石上，形成支承壓力。采場周圍煤層上支承壓力對于不同的開采深度和煤層強度條件是不同的，通常分為單一的彈性分布、出現塑性破壞區的分布和出現內應力場的分布三種。

壓力高峰在煤壁邊緣，隨與煤壁距離增加按負指數曲線規律遞減的是單一的彈性分布。在這種分布范圍內，煤層處于彈性壓縮狀態，本身未遭破壞。對單一彈性分布的煤層進行爆破，煤體不易破碎，塊煤率高。塑性破壞區由塑性區和彈性區兩部分構成，塑性區壓力分布以煤壁開始逐漸上升，煤層已遭破壞。對此煤層進行爆破，煤體易破碎，塊煤率低。出現內應力場的分布是指煤壁附近內應力場中的支承壓力隨工作面的推進，壓力峰值位置逐漸移向煤壁，形成壓力“收縮”的內應力場的分布，此狀態下煤體呈現出內能在卸載作用下的彈性釋放效應和塑性流變的特點。此時進行爆破，煤體更加易破碎，塊煤率更低。隨工作面的推進和支護強度的變化塊煤率不盡相同。

1.4 爆破參數對炮采塊煤率的影響

與前述較難人為控制的影響因素不同，爆破參數是可以人為設定的。爆破參數直接決定炮采工作面的塊煤率。裝藥量、裝藥結構、起爆方式、微差時間、最小抵抗線等是影響塊煤率的主要爆破參數。控制爆破技術原理是選擇爆破參數的原則。在具體的爆破操作中，仔細推敲、認真思考、合理選擇、及時調整，以期創造最好的爆破效果，獲得最大的塊煤率。

2 提高塊煤率的爆破技術

2.1 塊煤層開采存在的問題

目前，我國小煤礦在煤礦數量上占有很大的比例，這些小煤礦往往存在著地質探明程度不高、儲量少、找煤難等問題。對于小煤礦而言，采用什么樣的方法進行開采才能使經濟效益最大化是首要考慮的問題。想要獲得塊煤，就要減小爆破對塊度的影響，對塊煤層實施放震動炮，甚至不放炮。同時，為了最大程度提高塊煤率，也要考慮運輸環節對塊度的影響，盡量選擇比較平穩的運輸方式。考慮到市場上塊煤價格情況，開采應盡量提高大塊率是獲得更大的經濟收益的有效途徑。

2.2 提高塊煤率的爆破技術措施

提高塊煤率的主要措施有：①傳統的煤礦爆破都是采用薄煤層單排眼的方式，為使炸藥在煤體中分布更合理，可以采用三花眼、五花眼布置，多打眼，少裝藥。使煤層獲得較適宜的爆破沖擊力，提高塊煤率。②為減少煤體過度破碎，可采用小藥卷炸藥進行爆破。以提高不偶合系數，降低孔壁煤體所受爆炸力。③為減少爆破影響，可采用風鎬落煤，降低爆破單位耗藥量，甚至不放炮等方式。④為避免高應力造成煤體過度破碎，要選用合理的炮眼起爆順序，減少爆破應力波的疊加。⑤進行煤塊運輸時，采用滿溜槽溜煤，減少煤塊碰撞。

2.3 三類塊煤層的實用開采技術

根據形態特征，一般可將塊煤層分為三類：①堅硬條帶塊煤：煤層平均厚約0.6m，顯微維氏硬度為89.94kg/mm2；條帶狀結構，內生裂隙，具階梯狀斷口；以亮煤和鏡煤為主，夾少量暗煤。②節理發育條帶塊煤：煤層平均厚約0.7m，顯微維氏硬度為81.8kg/mm2；條帶狀，常具粒狀破碎結構；半亮型、半暗型和少量暗淡型，常交替出現灰黑-黑色互層狀。③塊煤夾粉煤：煤層厚約0.9m，中間粉煤層厚約為0.3m，顯微維氏硬度為84.60kg/mm2；條帶狀結構，下部為半暗型塊煤，中間為一粉煤層；以暗煤為主，夾少量亮煤。

每一塊煤層有其自身適應的開采技術，下面分別進行介紹。

2.3.1 堅硬條帶塊煤層

堅硬條帶塊煤層厚0.6m，頂板為砂質泥巖，底板粉砂巖。采用三花眼布置炮孔較為適宜。采用0.4m長炮泥填炮孔，先起爆底眼，再爆頂眼，每循環進度0.8m。計算得出：不偶合系數為1.19，爆破單位耗藥量0.313kg/m3，比國內同類煤礦常取的0.2kg/m3多。

2.3.2 節理發育條帶塊煤層

節理發育條帶塊煤層厚0.6m，頂板為細砂巖，底板為粗粉砂巖。采用風鎬落煤法較適宜。選擇在較軟弱的煤分層或層理、節理較發育處開口，由上往下拉煤槽，先落頂煤，后落底煤。與傳統炮采相比，在節理發育條帶塊煤層使用風鎬落煤法，大塊率由5%提高到21%，中塊率由11%提高到28%。

2.3.3 塊煤夾粉煤層

塊煤夾粉煤層厚0.9m，煤層中間夾0.3m厚的粉煤，頂板為砂質泥巖，底板粉砂巖。采用單排眼布置炮孔結合風鎬進行落煤的方法較為適宜。為減少對塊煤的直接破碎作用，將炮孔布置在粉煤中，通過爆破震動塊煤利用爆破裂隙，風鎬落煤。

2.4 爆破參數優選

爆破采煤具有如下技術要求：①減少煤礦破碎程度，提高塊煤率；②實施爆破操作時，盡量做到不崩倒、不損傷支柱；③爆破要按照參數進行，減少裝藥量，減少向空中拋煤，提高煤炭回收率；④保證頂板安全，改善工人作業環境。

基于正確的理論計算結合煤層實際地質條件而選擇合理的爆破參數設計是保證上述技術要求實現的基礎。

為了確定切合實際的最佳爆破參數，需要準確計算單位體積煤層耗藥量、炮孔深度、炮孔間距、最小抵抗線和炮孔裝藥量。在此基礎上，選擇合適的布孔方式，計算微差時間和起爆順序，最后得出不偶合系數。采用不偶合裝藥技術，能夠①降低炮孔壁上的爆炸壓力；②延長壓力的作用時間；③減小爆破的粉碎區范圍，從而提高塊煤率。

3 結論

在煤礦炮采中應用優化爆破參數等技術措施，能夠有效地控制煤體的過度破碎，提高塊煤率。這些技術措施的運用創造了良好的社會效益和經濟效益，也具有長期的推廣應用前景。在實際的爆破操作中，要①及時調整和優化爆破參數，并嚴格按照設計的參數執行；②加強對爆破操作的全程管理和監測，確保新技術貫徹執行；③加強對工人的技術培訓，強化其技術水平和責任感，以達到安全高效的目的。

參考文獻：

[1]高爾新，楊仁樹，楊小林等.爆破工程[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]楊小林.煤礦采掘爆破中的塊度問題[J].煤，1996.

[3]員小有，楊小林.預裂松動爆破在炮采放頂煤工作面應用[J].煤，2000.

作者簡介：段東東（1985-），男，河南焦作人，河南煤業化工集團焦煤公司古漢山礦安裝隊技術副隊長，助理工程師，研究方向：炮采采煤、安裝、回撤綜采支架、安裝拆除一些大型設備。