煤峪口礦動壓開采條件上覆煤柱與底板爆破弱化技術

劉晉杰

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煤峪口礦動壓開采條件上覆煤柱與底板爆破弱化技術

劉晉杰

摘要同煤集團煤峪口礦由于上部多煤層開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，導致下層煤開采時巷道集中壓力頻發。本文針對煤柱及底板進行弱化爆破，釋放集聚的能量，減少礦壓動力顯現的發生，有效的降低巷道的支護和維護成本，為煤峪口礦實現安全、高效生產提供強有力的技術保障。關鍵詞動壓開采；卸壓爆破；底板弱化爆破；卸壓爆破參數

0引言

同煤集團煤峪口礦是一個老礦井，上部多煤層開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，導致下層煤開采時巷道集中壓力頻發，特別是2000年以后進入礦壓動力顯現發生的高發期，規模越來越大，頻率越來越高，動力強度和破壞程度越來越強。僅近幾年發生數十起，破壞的巷道達數千米。給礦井的正常產生和安全帶來嚴重威脅，本文針對煤峪口礦礦壓動力顯現現象，結合上覆煤柱穩定性及卸壓爆破機理研究，同時采用煤柱及底板卸壓爆破技術防治礦壓動力顯現，提出合理的煤柱及底板卸壓爆破弱化方案及爆破參數[1]，為解決了該礦礦壓動力顯現的預測與防治技術難題，提供了有效的技術途徑。

1煤柱及底板卸壓爆破實施

1.1爆破方案

實施位置是以煤峪口礦14#層410盤區81006工作面51006巷為背景，該巷在掘進過程中上覆煤柱的集中壓力顯現，并引發發生強度不同的沖擊地壓，造成巷道支護體嚴重破壞，兩幫內移，頂板下沉，底板突起。因此以410盤區81006工作面51006巷上覆煤柱及底板為爆破卸壓實施對象，該巷上覆煤柱壓力現象明顯，巷道破壞嚴重，與其它巷道距離較遠，有利于進行卸壓爆破應用與研究。

14#層上部有多層采空區和多重煤柱。14#層410盤區81006工作面51006巷與11#、12#煤層工作面的巷道采取內錯布置，上下巷道中對中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硬，f=8-10，底板相對硬度較小，f=6-8，煤的硬度為f=2.1。

1.2卸壓爆破機理

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

1.3上覆煤柱準確位置確定

煤柱的方向偏差幾度或位置偏移幾米，對煤柱的爆破都能產生很大的影響，因此利用鉆孔和窺視儀對煤柱做進一步的鉆探，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個鉆孔，即1、2、3、4號鉆孔，鉆孔間距為50 m，設計出1、2、3號鉆孔的長度和水平角度并使孔底在煤柱的中線上，4號鉆孔設計偏離煤柱中心線9 m，探測的長度是150 m，即為卸壓爆破的范圍。通過窺視儀觀察探測孔煤壁的變化情況。

1.4采空區及煤柱內瓦斯對爆破安全性影響

瓦斯爆炸是由多個條件決定的，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，就可以實現安全爆破。

（1）爆破前對鉆孔內的瓦斯濃度進行檢測，濃度超標時，用壓風將孔內瓦斯吹出，然后快速裝填藥卷，并在靠近藥卷處堵上一段炮泥，炮泥要搗實以隔絕外部瓦斯的進入；（2）鉆孔定位要準確，保證鉆孔施工質量，使鉆孔基本上在煤柱的中間位置，該煤層比較堅硬和致密，該盤區為低瓦斯盤區，存在瓦斯的可能性小，爆破相對安全；（3）采用煤礦安全許用炸藥，毫秒微差爆破，段數控制在3段，確保爆破的安全；（4）如果孔內瓦斯濃度居高不下，可采取孔內先注惰性氣體，然后在實施爆破；（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系，對煤柱與底板的卸壓爆破可以采取如下爆破方案：

（1）當上部煤柱與下部巷道水平距離較近時，煤柱的位置等條件容易掌握，采用圖1（a）布孔方式，從下部巷道對煤柱直接實施爆破，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）當上部煤柱距下部巷道水平距離較大時，對煤柱實施爆破需要炮孔較長，增大了鉆孔工作量及影響炮孔孔底所到達位置的準確性，使爆破效果和安全受到影響，此時，可采取圖1（b）布置方法，從下部巷道對煤柱內側底板實施爆破，爆破點上部是采空區，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方向，減小了對下部51006巷道頂板的爆破破壞作用。底板實施爆破，在煤柱與下部巷道頂板之間形成卸壓破碎帶，從而達到阻止煤柱壓力擴散及底板的卸壓目的。

圖1煤柱爆破爆孔布置

當實施卸壓爆破的51006巷確定后，通過實地測定、監測和論證，卸壓爆破方案確定為（a）并對上述的方案進行了完善，把爆破場地設在51006巷內，通過51006巷實施對煤柱的爆破，該巷距上覆煤柱較近，炮孔長度相對較小，爆破位置易控制，爆破的安全性和可靠性高，對其他工作面的生產和巷道掘進影響小。由于煤柱寬度20 m，煤柱在爆破時煤體吸收爆炸能較大，也就是說爆炸能在煤體內衰減的快，所以，為了提高爆破卸壓的效果，把實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）爆破點距離下部巷道（51006巷）頂板太近，爆破時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行，由于煤柱的傳導作用，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，對其實施爆破可直接釋放51006巷頂板壓力。1.6卸壓爆破參數設計

（1）煤柱炮孔角度范圍確定見圖3所示

圖3煤柱爆破炮孔角度設計

（2）煤柱爆破炮孔長度、角度確定如圖4所示

圖4煤柱爆破炮眼布置及炮眼角度、炮孔長度設計

計算長度為20.6 m和17 m，為了施工方便將1#、2#炮孔的長度L1、L2確定為20 m和17 m。

（3）底板爆破炮孔長度設計見圖5所示

圖5煤柱爆破炮眼布置及炮眼角度、炮孔長度設計

則炮孔的長度為：

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格為Φ50×500煤礦安全許用炸藥，鉆孔直徑為63 mm；炮孔裝藥長度為3 m，炮孔的堵塞長度不小于10 m，單孔藥量6 kg。

2煤柱及底板卸壓爆破實施效果分析

為了對實施煤柱及底板卸壓爆破的效果進行綜合對比分析，采用多種監測和監控手段對實施卸壓爆破的81006工作面51006巷進行壓力監測和礦山壓力顯現監控，51006巷卸壓爆破試驗范圍確定在距補巷巷口115 m到250 m的范圍，約135 m。共劃分三個觀測段，即L1、L2、L3段，其中L1為補巷口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號開始對L1段通過電磁輻射儀、微地震監測、礦壓監測等手段進行壓力監測和沖擊地壓監控；L2爆破段于7月25日開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，對爆破效果進行觀測；8月16日開始對L3段進行監測，9月2日結束。綜合分析對比3個測段的數據不難發現，經過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，煤體與煤柱的應力和壓力明顯降低，達到了預期的效果，保證了81006工作面的穩定性和正常使用。

3結論

現場實踐應用表明，在煤柱內直接進行卸壓爆破。不僅解決了煤層群開采底煤層礦壓顯現強烈問題，還顯著提高了工作面開采效率，近一年直接經濟效益新增產值168 750元，經濟效益顯著，減少了煤炭資源的浪費，保證了礦井的安全生產。

參考文獻

[1]常朝朝，楊溢，王從行.保護煤柱卸壓爆破技術研究及應用[J] .中國煤炭，2010，12（36）：50.

[2]代長春，桂兵，吳學新.深孔爆破卸壓技術在沖擊地壓防治中的應用[J] .煤炭技術，2009（28）：154-155.

劉晉杰，男，1963年出生，現在大同煤礦集團技術中心工作，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

作者簡介

中圖分類號TD322+.1

文獻標識碼A

文章編號1000-4866 (2016) 01-0015-03