新景礦80124綜采工作面二氧化碳預裂爆破技術探析

畢 鐵

（山西新景煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

新景礦80124綜采工作面進風巷由于頂板比較堅硬隨著工作面推進，進風巷頂板出現長距離不垮落，為避免長距離、大面積突然垮落，形成巨大的沖擊載荷，使采空區的瓦斯大量涌出，造成瓦斯事故，為此決定在工作面進風巷采空區切頂密柱處進行了二氧化碳預裂爆破強制放頂等主要工作。

1 試驗地點概況

15#煤西采區80124綜采工作面位于525水平，地面標高860m～1050m，工作面標高432m～466m，埋藏深度為435m～575m。本工作面地表位于蘆湖村和小龍山以東，候家山村西南，摩天腦及山神廟圪梁以西的山坡、山梁、溝谷地段，蘆湖溝由本面西北部上方穿過。本工作面井下位于15#煤西區南翼西部，東為80123工作面（已采），

南為蘆南進回風井，西為80125工作面（未采），北為525水平中條帶大巷。本工作面走向長度為1143m，采長200m，可采儲量為192萬t。

2 二氧化碳預裂爆破技術說明

2.1 工作原理

首先將液態的二氧化碳裝滿致裂器的儲液管，按下加熱裝置的按鈕[1]，致裂器自帶的加熱裝置會迅速加熱并且產生大量的熱能，這些熱量會被儲液管內的液態二氧化碳吸收，并且在短時間內大量氣化使體積急速膨脹約600倍[2]，致裂管內部壓力急劇升高，當管內的壓力達到定壓剪切片的預設強度值時，定壓剪切片就會被破壞，高壓氣體從釋放管噴出，利用瞬時產生的巨大推動力，沿著煤巖體的自然裂隙或者軟弱結構面沖破物料，從而使煤巖體破裂[3]。致裂器的構成如圖1所示。

圖1 致裂器的構成

二氧化碳致裂器規格型號見表1。

表1 二氧化碳致裂器規格型號表

2.2 施工工藝

1）在檢修班拉移完轉載機后，在進行回柱的同時使用鉆機在進風巷頂板由里向外施工3×3方形布置的炮眼，具體參數見表2。

表2 炮眼布置參數表

2）工藝流程為：檢修班拉移轉載機—→支設臨時密柱（每米不少于2～3根）—→在合適位置穩固鉆機進行鉆孔—→鉆孔成孔后送入致裂器 (安放導線)—→檢查導通—→炮泥封孔 (孔口用木楔加強)—→當完成一排炮眼布置并由專人檢查致裂器線路連接無誤后，在臨時密柱的掩護下回撤切頂密柱—→補齊臨時密柱排（每米不少于4根）—→按照以上的循環方式進行作業，當密柱排移至新切頂線位置并且所有炮眼布置完畢后進行撤人設警戒—→三人連鎖放炮—→起爆。

3）實際打眼情況。采用ZLJ850型號的鉆機對進風巷頂板進行鉆眼，鉆頭采用65mm合金鋼鉆頭、成孔直徑為70mm，鉆孔施工情況見表3。

4）裝藥情況。工作面總共施工6個炮眼，其中有2個炮眼成孔失敗，有效炮眼為4個，每個炮眼裝填4根二氧化碳致裂器。

5）退錨、剪網情況。每個炮眼在所有工序都完成后，對打眼區域進行退錨、剪網。

表3 鉆孔施工情況表

表4 高抽巷瓦斯濃度、抽放量放二氧化碳預裂炮前后對比

3 試驗結果及分析

為了了解二氧化碳致裂器實施后對巷道中瓦斯濃度的影響情況，在預裂前后對高抽巷中的瓦斯濃度進行記錄和觀測，具體結果如表4所示。從表可以看出，高抽巷的瓦斯抽放情況沒有受到放二氧化碳炮的影響。同時根據通風科提供的80124工作面上隅角瓦斯監測數據以及曲線可以得出：在二氧化碳預裂炮前后10日時間內，瓦斯濃度基本維持穩定，沒有出現明顯波動現象。

4 預裂爆破存在問題及改進措施

1）原二氧化碳致裂器需要內部導線與外部導線相互結合才能形成回路并且激發裝置，由于鉆孔內表面比較粗糙，使得二氧化碳致裂器在放入鉆孔的過程中極易損傷甚至破壞外導線，造成激發回路斷路，因此必須足夠小心才能完成布放任務。使得二氧化碳致裂器在布放過程中費事費力，還嚴重影響強制放頂的效果。

改進措施：使用同心電極雙路致裂器內走線來取代布設內外導線，這使得激發裝置的雙向回路導線都位于致裂器的內部，從而避免了往鉆孔中布放裝置是因外導線破壞而無法啟動裝置的問題。此外，一個同心電極可以同時連接多個致裂器，還可以快速激發電路，減少人工接線的繁瑣，省時高效，安全可靠。

2）井下路線相對顛簸，在二氧化碳致裂器運輸過程中難免會造成磕碰，而致裂器上的螺紋相對比較脆弱，輕微的磕碰可能造成螺紋的損壞，并且由于頂板淋水，鉆孔中的煤泥隨時可能堵塞激發電路，影響致裂器的正常使用，使得啞炮現象時有發生。

改進措施：在致裂器容易損壞和堵塞的地方增加螺紋尼龍護套，這可以保護致裂器在運輸和使用過程中不被損壞，提高了致裂器的自身防護性能，增強了致裂器的實用性，更加符合礦井現場環境的要求。

3）在往常的試驗中，一般采用炮泥加木楔的方式對炮眼進行封孔處理，這樣經常使得致裂器與孔不能完全貼合，致裂器在發生爆破時因為封孔的不徹底，造成高壓氣體泄漏，使得爆破威力大大降低，強制放頂的效果受到極大的影響。

改進措施：為了能夠滿足強制放頂的要求同時適應現場的條件，對封孔器進行了專門的設計。利用膨脹螺栓的原理設計封孔器并且用相應的工具將其放入孔中，在封孔的同時使得致裂器被抱死。這樣，致裂器在爆破時高壓氣體產生的爆破能量可以完全作用在頂板上，減少能量的散失，使得放頂效果達到最佳。

5 結 語

80124綜采工作面進風巷二氧化碳預裂爆破技術試驗可以滿足新景礦安全生產強制放頂的要求。具體情況如下：

1）頂板垮落情況：在整個斷面上頂板的垮落長度為2.0m，垮落高度達到2.8m，直接頂泥巖尚有少量留存。

2）頂部垮落的煤巖體完全將進風巷采空區填滿，使得采空區瓦斯與工作面之間有效隔離，對采空區進行了良好的封堵。

3）隨著工作面的不斷推進，為了避免進風巷采空區再次出現長距離的懸頂現象，根據每天工作面推進3刀計算，每隔6～8天強制放頂一次。

4）采用二氧化碳致裂器強制放頂能夠滿足新景礦安全高效的回采的要求，既能有效對進風巷采空區進行封堵，又不會對工作面上隅角瓦斯含量產生明顯影響，效果良好。