無聲破碎劑在采煤工作面過陷落柱中的應(yīng)用

安彥海

(1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.山西壽陽段王集團(tuán) 友眾煤業(yè)有限公司，山西 晉中 045400)

1 工程概況

山西壽陽段王集團(tuán)友眾煤業(yè)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，其回采的6#煤層60102W工作面長180 m、煤層平均厚度1.8 m、平均坡度16°，上距4#煤層0.8 m～1.0 m，工作面陷落柱發(fā)育、頂板破碎、煤壁松軟。60102W工作面推采至52 m位置時(shí)遇X48#陷落柱，陷落柱形狀近圓形，長軸長35 m、短軸長30 m，工作面揭露部分巖石較硬、采煤機(jī)直接推采較為困難，頂板有輕微淋水、煤矸混雜互層、巖石較軟，使用炸藥松動(dòng)爆破極易造成頂板漏頂，為杜絕漏頂事故發(fā)生，公司決定使用HSCA高效無聲破碎劑代替炸藥進(jìn)行松動(dòng)爆破[1]。60102W工作面剖面圖,見圖1。

2 高效無聲破碎劑介紹

高效無聲破碎劑(又稱HSCA)，是一種粉狀的不屬易燃、易爆物品的袋裝無機(jī)材料，具有破碎物體時(shí)不產(chǎn)生震動(dòng)、噪音、飛石、粉塵及有毒氣體等優(yōu)點(diǎn)，且運(yùn)輸保管安全可靠、使用方便，廣泛應(yīng)用于混凝土和鋼筋凝土構(gòu)筑物的拆遷、城市大型混凝土基礎(chǔ)拆除、水利、橋墩及隧道等需進(jìn)行靜態(tài)破碎施工的工程。其類型及技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示[2-4]。

圖1 60102W工作面剖面圖Fig.1 Profile map of 60102W working face

表1 HSCA高效無聲破碎劑類型及技術(shù)性能指標(biāo)Table 1 Types and technical performance indicators of HSCA soundless cracking agents

考慮到友眾煤礦井下溫度為10℃～15℃，符合HSCA-Ⅲ型無聲破碎劑適應(yīng)環(huán)境溫度，因此選用HSCA-Ⅲ型無聲破碎劑用于60102W工作面過陷落柱期間的巖石松動(dòng)。

為保證HSCA-Ⅲ型破碎劑有充足的反應(yīng)時(shí)間、充分發(fā)揮膨脹作用，現(xiàn)場(chǎng)采用夜班打眼裝藥、早班檢修、中班推采的方式，確保反應(yīng)時(shí)間不低于8 h。

在實(shí)際施工中，將HSCA-Ⅲ型無聲破碎劑加水?dāng)嚢璩筛沙淼哪z泥狀，人工捏成長條狀裝入鉆孔中，經(jīng)不低于8 h的反應(yīng)后，完成巖石松動(dòng)。

3 施工工藝

因X48#陷落柱巖石硬度變化較大，為保證松動(dòng)效果，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石硬度調(diào)整鉆孔排間距，鉆孔排距調(diào)整范圍為0.4 m～0.5 m，孔距調(diào)整范圍為0.3 m～0.4 m。現(xiàn)場(chǎng)采用7665M系列風(fēng)鉆打眼，鉆孔直徑42 mm，孔深1.5 m，裝藥深度1.2 m，孔口使用黃泥封堵。鉆孔采用“五花眼”布置、中孔打眼不裝藥方式。60102W工作面鉆孔布置圖,見圖2。

圖2 60102W工作面鉆孔布置圖Fig.2 Layout of boreholes on 60102W working face

高效無聲破碎劑破碎巖石施工步驟如下：

1)鉆孔。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的鉆孔孔位鉆孔，為提高松動(dòng)效果，除頂眼外，鉆孔在垂直面上向底板方向保持10°～20°的俯角；為提高松動(dòng)效果、增加自由面，鉆孔與煤壁的水平夾角保持在40°～60°，所有鉆孔施工完成后，清除鉆孔內(nèi)的積水及巖粉等雜物。

2)攪拌。HSCA-Ⅲ型破碎劑與水的最佳重量比為28%～35%，受井下條件限制，鉆孔與水平面夾角較小，制成漿狀時(shí)灌孔較為困難，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)，將HSCA-Ⅲ型破碎劑與水的重量比控制在20%～25%左右，攪拌成干稠的膠泥狀。攪拌方法為：先將1 kg～1.25 kg的水倒入容器內(nèi)，然后加入1袋(5 kg)破碎劑，使用手持式風(fēng)動(dòng)幫錨桿鉆機(jī)帶動(dòng)自制機(jī)械手進(jìn)行攪拌。

3)裝藥。為縮短裝藥時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)采用3組人同時(shí)裝藥的方式。裝藥組每組3人，一人負(fù)責(zé)將攪拌好的藥劑搓成長10 cm、直徑30 mm的塊狀，一人負(fù)責(zé)傳遞搓好的藥劑，一人負(fù)責(zé)裝藥并搗實(shí)。各小組采用“同步操作、少拌勤裝”的方式縮短裝藥時(shí)間。裝藥完成后，使用黃泥將鉆孔封實(shí)，黃泥封口深度0.3 m。

因藥劑在常溫下，5 min～10 min之內(nèi)即開始發(fā)生反應(yīng)，故從藥劑加水?dāng)嚢柚钡窖b藥結(jié)束，整個(gè)過程時(shí)間不得超過5 min。

4)養(yǎng)護(hù)。受井下條件限制，制備藥劑時(shí)加入清水的比例低于藥劑最佳重量比，為支持藥劑持續(xù)反應(yīng)，在裝藥結(jié)束后，應(yīng)每隔1 h，使用水管遠(yuǎn)距離向未裝藥的鉆孔中注水、向煤壁噴水，以待巖石裂縫后，水分滲入藥劑繼續(xù)反應(yīng)，提高破裂效果。

4 安全注意事項(xiàng)

1)HSCA破碎劑堿性和腐蝕性較強(qiáng)，施工人員必須做好個(gè)人防護(hù)，戴好防護(hù)眼鏡和耐腐蝕橡膠手套，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備清水，沖孔時(shí)藥劑如果不慎濺入眼內(nèi)或皮膚上，應(yīng)立即用清水沖洗。

2)HSCA破碎劑在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中必須做好防潮工作，開封后應(yīng)立即使用，避免藥劑失效。因井下空氣較為潮濕，HSCA破碎劑必須隨入井隨使用，嚴(yán)禁在井下長時(shí)間儲(chǔ)存。

3)破碎劑裝填完畢后，在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，嚴(yán)禁閑雜人員靠近煤壁，防止煤壁大塊煤矸掉落傷人。

4)在藥劑灌入鉆孔到巖石開裂前，不可將面部直接近距離面對(duì)已裝藥的鉆孔，以防巖渣或破碎劑噴出，傷害眼睛。

5 結(jié)束語

HSCA破碎劑通常用于地面大型混凝土基礎(chǔ)拆除，水利、橋墩、隧道等不適宜使用爆破施工的條件下，屬非易燃易爆危險(xiǎn)品，運(yùn)輸、保管、使用都十分方便。它在破碎物體時(shí)，不產(chǎn)生火花、震動(dòng)、有害氣體；在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井、頂板破碎等條件下，可避免瓦斯爆炸、震動(dòng)造成瓦斯突出，爆破造成頂板漏頂?shù)仁鹿拾l(fā)生。在采煤工作面過陷落柱中使用HSCA破碎劑，提高了現(xiàn)場(chǎng)頂板管理水平，改善了工作面文明生產(chǎn)條件，杜絕了漏頂事故的發(fā)生，取得了較好的成效，提供了新的經(jīng)驗(yàn)。