1101工作面頂煤預裂爆破參數研究

王 銀

(山西煤炭進出口集團 蒲縣豹子溝煤業有限公司，山西 臨汾 041204)

1101工作面頂煤預裂爆破參數研究

王 銀

(山西煤炭進出口集團 蒲縣豹子溝煤業有限公司，山西 臨汾 041204)

針對1101工作面綜放開采過程中頂煤冒放性差的問題，采用頂煤預裂爆破的方式，增加頂煤的裂隙度。通過計算工作面爆破的合理參數，確定合理的工作面頂煤爆破方案，使頂煤強度和頂煤冒放時的塊度明顯減小，冒放性得到增強，資源回收率顯著增長。研究表明頂煤預裂爆破的方式是提高綜放開采頂煤冒放性的有效辦法。

綜放開采；堅硬頂煤；預裂爆破；爆破參數

綜采放頂煤采煤法由于其適用性強、效率高、巷道掘進率低以及工作面搬家倒面次數少等優勢，已經成為我國厚煤層開采的首選采煤方法[1-2]。某礦1101工作面煤層堅硬且裂隙不發育，因此需要采取有效措施降低煤層強度，增加煤層冒放性[3-4]。

1 工作面開采條件

1101工作面埋深200 m～300 m，煤厚8.27 m～23.50 m，平均煤厚12 m，煤層結構簡單；頂板巖性為泥巖；工作面采用后退式開采，走向長度1 300 m，傾向長度70 m；采用放頂煤采煤法；設計機采高度3.0 m，放煤高度9.0 m，采放比為1∶3。

2 堅硬頂煤概況

1101工作面煤層，其硬度系數預計為f=2.5～3，即煤體的單向抗壓強度為25 MPa～30 MPa。工作面超前支承壓力：

σ=kγH.

(1)

式中：σ為超前應力，MPa；k為工作面支承壓力集中系數，取2.5；γ為巖石容重，取25 kN/m3；H為工作面埋深，250 m。

代入參數計算得工作面最大集中壓力峰值為15.625 MPa。

可見，僅靠支承壓力不能使頂煤破碎，不能實現預期的放煤效果，特別是在工作面初采期間支承壓力沒有達到最大值之前，效果更差。工作面生產過程中發現由于煤體硬度大，放頂時大塊產生率高，大塊煤體容易堵住放煤口，使頂煤難以冒落，造成頂煤回收率低。為此，必須對頂煤進行預裂爆破技術，以期對頂煤進行弱化處理，提高放煤效果。

3 爆破方案設計

3.1工藝巷布置

參照硫磺溝煤礦堅硬頂煤預裂爆破的經驗可知，在實施頂煤爆破時，可以專門開掘施工專用工藝巷。1101工作面在頂煤中距煤層頂板下方1 m布置1條專用爆破工藝巷。為控制頂煤初垮并提高初采階段頂煤采出率，在頂煤內距切眼5 m～20 m遠處就開始布置炮孔爆破。

3.2爆破參數選擇

3.2.1裝藥結構

采用不耦合連續裝藥。

3.2.2超前起爆距離與起爆方式

堅硬頂煤工作面支承壓力峰值約位于煤壁前方6 m～8 m，支承壓力超前影響范圍約30 m左右。因此，合理的預先爆破弱化超前距離應為35 m以上，實際可取35 m～40 m。采用電雷管和導爆索正向起爆方式。

3.2.3封孔長度與一次最大起爆炸藥量

1)排孔炸藥消耗量

Qp=CLpK(1+b) .

(2)

式中:Qp為排孔消耗炸藥量，kg；C為線裝藥密度，kg/m，暫取3.0 kg/m；Lp為排孔孔深總長度，m，暫取158 m；K為排孔裝藥系數，K=L2/L(L2為排孔總裝藥段長度，L為排孔總長度)，按照經驗每個封孔長度暫取6.0 m，則K暫取0.8；b為裝藥過程中炸藥總損失率，一般取5%～10%，暫取7.5%。

代入參數計算Qp=480 kg .

2)一次起爆最大炸藥消耗量

(3)

式中:Qmax為一次起爆最大炸藥消耗量，kg；R為巷道壁距離藥包幾何中心距離，m，暫取17.5m；v為巷道壁質點允許運動速度，cm/s，取20cm/s。

代入參數計算Qmax=859 kg .

考慮到爆破對巷道的破壞作用，取1.5的安全系數。此時，一次允許的最大起爆炸藥消耗量為：

(4)

因此一次起爆最大炸藥消耗量為573 kg。

3.2.4封孔長度

封孔長度Lf與孔深x的經驗關系式為：

Lf=kf·1.276 3·x0.4663.

(5)

式中:kf為炸藥種類系數，煤礦2號銨銻炸藥取1.0，煤礦乳化炸藥取1.1；x為孔深，m，暫取25 m。

代入參數計算封孔長度Lf=6.4 m。這與前面按照經驗取值封孔長度6.0 m接近。

3.2.5順槽側安全隔離帶寬度

根據現場經驗暫取10 m，實際實施爆破過程中再進行調整。

3.2.6炮孔間距和排距

裝藥爆炸發生內部作用時，除形成爆炸空腔外，將自爆源中心向外依次形成壓縮粉碎區、裂隙區和震動區。

1)粉碎區半徑(Rc)。粉碎區半徑一般為裝藥半徑的2倍～3倍。即Rc=120 mm～180 mm。

2)裂隙區半徑(Rp)。裂隙區半徑一般為裝藥半徑的10倍～15倍。即Rp=300 mm～450 mm。

3)炮孔排距b確定。炮孔排距根據經驗一般取b=2 m～4 m，暫取3.0 m。

4)炮孔孔距確定。上層孔孔底距頂板距離：為保證控頂區工作面端面頂板(煤)穩定和防止發生架前冒頂，在頂煤下位要留設一定厚度的煤體不爆破，為減少矸石混入，上位也要留設一定厚度的煤體不爆破，一般取1.0 m～1.5 m，暫取1.0 m。下層孔孔底距底煤距離：下位頂煤破壞狀況主要受支架反復支撐力的控制。為使工作面端面穩定，下位頂煤厚度應大于爆破破碎區半徑Rp和支架反復支撐的破煤厚度,一般取0.8 m～1.5 m之間，暫取2.0 m。

5)孔口距及孔底距。孔口距根據巷道端面及施工技術取值0.4 m～0.7 m；孔底距取3.0 m；孔口及孔底距均可根據現場頂煤爆破效果再進行調整。

綜上可知爆破具體參數為：

爆破器材：2號抗水型銨銻炸藥、8號煤礦許用瞬發電雷管、FD/MFB-100型電容式發爆器。

藥卷參數：密度ρ=1.02 g/cm3；線裝藥密度3.0 kg/m；不耦合裝藥系數1.25；藥卷直徑60 mm；藥卷長度350 mm；每卷重1.0 kg。

炮孔參數：直徑80 mm；孔長25 m～28 m；封孔長6.0 m～6.5 m；排距3.0 m；上層孔距頂板距1.0 m；下層孔距底煤距2.0 m；孔口距0.5 m；孔底距3.0 m。

順槽側安全隔離帶寬度：10 m。

4 爆破效果

1)因為工藝巷布置在距頂板1 m位置，因此可有工藝巷測頂煤厚度，從而能根據頂煤厚度以及每天的煤炭產量確定頂煤回收率，統計得出爆破后工作面煤炭采出率達到80%以上。

2)由綜放隊放煤工人觀察、統計大塊頂煤堵住放煤口的次數，發現爆破后幾乎不出現大塊頂煤堵住放煤口的現象。

[1] 張立其,李志軍.堅硬厚煤層綜采放頂煤工藝巷預裂爆破開采技術[J].中國煤炭,2011,37(10):50-51.

ZHANG Liqi,LI Zhijun.Pre-split Blasting Mining Technique of Full-mechanized Caving Mining Technology Roadway in the Hard Thick Coal Seam[J].China Coal,2011,37(10):50-51.

[2] 王家臣.堅硬厚煤層頂煤預爆破參數研究[J].煤,2000,9(3):1-2.

WANG Jiachen.The Research on the Parameters of Blasting the Top-coal of Longwall Caving Technique in the Hard Thick Coal Seam[J].COAL,2000,9(3):1-2.

[3] 索永錄.綜放開采堅硬頂煤預先爆破弱化技術基礎研究[D].西安：西安科技大學,2004.

[4] 譚云亮.井巷工程[M].北京：煤炭工業出版社,2007.

ParametersofPre-splittingBlastingofTopCoalonNo.1101WorkingFace

WANGYin

(BaozigouMiningCo.,Ltd.,ShanxiCoalImportandExportGroup,Linfen041204,China)

To improve the poor cavability of top coal in the fully-mechanized mining of No.1101 working face,pre-splitting blasting of the top coal was used to increase the fissure degree.We calculated rational blasting parameters to determining the pre-splitting blasting plan,which could decrease the top coal strength and lumpiness during the top coal caving,reinforce the top coal cavability,and increase the resource recovery rate.The results show that it is effective to improve the top coal cavability for the fully-mechanized mining by the pre-splitting blasting.

fully-mechanized mining; hard roof; pre-splitting blasting; blasting parameters

1672-5050(2017)04-0014-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.005

2017-05-08

王銀(1987-)，男，山西渾源人，大學本科，助理工程師，從事煤炭生產技術工作。

TD823

A

(編輯：樊 敏)