基于長孔松動爆破的巷道放頂煤采煤法應用研究

張繼忠

(黑龍江科技學院資源與環境工程學院， 黑龍江哈爾濱 150027)

基于長孔松動爆破的巷道放頂煤采煤法應用研究

張繼忠

(黑龍江科技學院資源與環境工程學院， 黑龍江哈爾濱 150027)

對采用長孔松動爆破區段的鉆孔角度和長度及填藥結構進行設計，合理的確定了爆破方案和設計參數，并對長孔松動爆破技術在試驗礦井的應用效果進行了技術分析。關鍵詞:急傾斜;巷道放頂煤;長孔松動爆破;技術分析

七臺河市大乘煤礦生產能力為15萬t/a，井田范圍內煤層厚度1.8～10 m，由于受背斜軸的影響，煤層局部變化，煤層傾角45°～85°，賦存不穩定。2008年前，大乘煤礦回采工作面基本采用倉儲法采煤。但《國家煤礦安全監察局關于急傾斜煤層安全開采的指導意見》中指出，要堅決淘汰倉儲式采煤方法，2008年1月1日起，嚴禁使用倉儲式采煤法。為此，大乘煤礦與黑龍江科技學院合作研究適合該礦開采條件的，能達到安全、高產高效的采煤方法。

1 巷道放頂煤研究方案

1.1 研究方案的確定

巷道放頂煤采煤法主要是利用礦山壓力作用或輔以人工松動的方法，使巷道上方頂煤破碎，堆于采場，臨時支撐頂、底板[1]，并通過預先布置好的放煤口將松散的頂煤放出。但在現場實際應用過程中，對于急傾斜厚煤層，僅依靠礦山壓力作用使頂煤破碎并實現安全下放的效果并不明顯，頂煤存在不破碎、大塊卡放煤口、粘頂底板等現象。為提高煤炭回采率和經濟效益，在巷道放頂煤采煤法中應用長孔松動爆破技術使頂煤松散、破碎，實現頂煤順利安全下放。

1.2 研究區段地質概況

研究段位于60#層七片標高+2.0 m水平，區段走向長度293 m，區段垂高30 m，如圖1所示。煤層平均厚度5.6 m，煤層傾角81°，煤層結構復雜，普氏系數 f=1.96，直接頂0.8 m，老頂15 m，均為粉細砂巖，易垮落，煤質為1/3焦煤。煤層自燃發火期長，無煤塵爆炸危險和水害影響，屬低瓦斯礦井。

1.3 巷道布置

沿60#層七片布置放煤巷道，放煤巷道布置有沿煤層頂板、底板和煤層之中3種情況[2]，它和放煤眼均受落煤沖擊和放煤流動的影響。由于本層煤厚度變化較大，經綜合考慮，放煤巷道沿煤層之中偏向頂板布置較為有利，在放煤巷道支架上方留有保護煤柱，頂煤順利下放后，放煤巷道便處于沿空留巷狀態。

圖1 區段巷道掘進工程

在放煤巷道傾斜方向上按一定距離布置初采巷道，初采巷道與放煤巷道沿走向按一定距離布置放煤眼。巷道掘進初期在區段邊界位置由七片放煤巷道沿煤層傾斜方向向六片掘上山切眼，與六片貫通形成通風回路。該采煤方法回采工藝分初采、正常回采和終采。初采是利用礦山壓力作用并輔以長孔松動爆破將一定范圍內的煤體破碎，同時放出少量頂煤，為正常回采做準備;正常回采是采取多輪多口均衡放煤方式放煤[3];終采是回撤輸送機和支架并回收支架上的余煤。巷道放頂煤回采工作面布置方案如圖2所示。

圖2中，在工作面邊界位置第一次進行長孔松動爆破時，由于煤體經長孔松動爆破后散脹程度較大，加之煤層較厚，初采巷道的空間無法滿足煤體的散脹空間，導致頂煤成大塊和破碎不明顯，嚴重影響接下來的長孔松動爆破效果，固在邊界處掘上山切眼。這樣的做法即有利于長孔松動爆破，又便于工作面初期的通風。

圖2 回采工作面巷道布置

2 長孔松動爆破研究

松動爆破主要是利用爆破作用，使介質原地破裂或散落在原地及附近的爆破[4]。而長孔松動爆破是依據松動爆破的原理并在其基礎上合理設計鉆孔長度、角度和裝藥結構，在煤層內爆破，使煤體達到松動，成為散體的一項技術。

在區段高度范圍內布置回風平巷、放煤巷道和初采巷道，在初采巷道內沿煤層傾斜方向向煤體打鉆孔，并在孔內裝填炸藥，利用爆破作用使區段范圍內的煤體松動、松散。

2.1 設計要求

(1)保證初采巷道的安全穩定性。初采巷道是井下作業人員向煤體打鉆孔、裝藥和放炮等工序的作業場所，應保證初采巷道的穩定性，按照設計的需要采用單體液壓支柱進行支護，單體液壓支柱在放炮作業前撤出。同時，要求松動爆破設計必須保證初采巷道暢通，不能使煤壁片幫，不能崩倒支柱，崩漏巷道。

(2)優化鉆爆參數，以最少的炸藥量，使煤層得到充分的松動，在煤體內形成裂隙發育體，得到比較充分的破碎。

(3)松動爆破要盡量減少對煤層頂、底板的破壞，以防頂、底板破碎矸石提前垮落混入頂煤中，影響放煤效果。

2.2 方案的確定

根據七臺河礦區的要求和實際情況，鉆孔爆破采用乳化炸藥，并根據所設計的鉆孔長度的不同，在鉆孔內進行多段填藥，每段間采用炮泥和水泡泥進行充填，利用瞬發雷管起爆炸藥。鉆孔長度根據現場實際設計為4，8 m和15 m 3種形式。鉆孔間距采用1 m和0.7 m。鉆孔布置見圖3，裝藥結構見圖4和表1。

圖3 初采巷道炮眼布置

圖4 鉆孔裝藥結構

表1 不同鉆孔填裝結構及鉆孔數

3 技術分析

(1)視煤層傾角、厚度、煤的物理力學性質等因素，并結合開采技術水平合理確定鉆孔長度和角度[5]。現場應用中:對于傾角和厚度大、煤層結構簡單、頂底板條件好、煤層強度小、瓦斯水文條件簡單、可放性好的煤層，選擇淺鉆孔松動爆破;對于厚度較小、結構復雜、煤層強度大、可放性差的煤層采用長孔松動爆破。

(2)應用研究中，采用放煤眼傾斜布置方式，在放煤巷道側幫靠近上部處留出放煤口，初采巷道內炮眼布置為沿煤層傾向向上扇形布置。向上扇形布置鉆孔不易破壞放煤巷道的保護層，對巷道的穩定性有利。

(3)利用初采巷道和各放煤眼為自由面擴大爆破的自由空間，由于煤體破碎后松散系數增加，這里又可作為頂煤碎脹后的釋放空間，使頂煤松動效果明顯，為正常回采提供有利條件。

(4)回采工作面形成初期，在邊界處開掘上山切眼，為下一步長孔松動爆破創造了良好的條件。

[1] 楊喜才.急傾斜煤層巷道放頂煤采煤法的實踐[J].煤炭科學技術，2006，34(6):10 －11.

[2] 趙伏軍，等.長孔爆破在巷道放頂煤中的試驗研究[J].煤炭科學技術，2002，30(2):26 －27.

[3] 霍丙杰，張宏偉，耿養謀.急傾斜煤層巷道放頂煤回采工藝研究[J].礦業研究與開發，2009，29(4):8 －9.

[4] 劉金海，馮 濤，王衛軍，等.急傾斜煤層頂煤可放性識別的距離判別方法及應用[J].煤炭學報，2008，33(6):601 －605.

[5] 董隴軍，李夕兵，白云飛，等.急傾斜煤層頂煤可放性分類預測的Fisher判別分析模型及應用[J].煤炭學報，2009，(1):58－63.

2011－03－19)

張繼忠(1976－)，男，黑龍江慶安人，工程師，碩士，主要從事礦山壓力與控制和采煤方法的研究工作，Email:zdsys@163.com。