綜放工作面煤墻堅硬不均勻夾矸處理研究

孟剛++高銅++賈圓

摘要： 堅硬且不均勻的夾矸一直是綜放工作面正常開采所面臨的一個疑難問題，針對陳家山煤礦425綜放工作面末期煤墻夾矸分布的特征，提出了機割與松動爆破相結合的處理方案，該方法最大機割夾矸厚度為300mm，松動爆破嚴格控制打眼方向、層位及裝藥量，堅硬不均勻夾矸處理技術，減少了采煤機切割阻力，進一步提高礦井生產效益，節約了礦井生產成本。

Abstract： Hard and uneven gravel is always a difficult problem in normal mining of fully-mechanized top-coal caving face. Aiming at the characteristics of coal gangue distribution at the end of 425 fully-mechanized top-coal caving face in Chenjiashan coal mine， the mechanical cutting and loose blasting combined treatment program is proposed. The maximum machine-cut gangue thickness is 300mm. The drill direction， layer and charge amount are strictly controlled in loose blasting. The hard uneven gravel treatment technology has reduced the cutting resistance of shearer to further improve mine production efficiency， and save the mine production costs.

關鍵詞： 煤墻夾矸；綜放工作面；打眼放炮；松動爆破

Key words： coal wall gangue；fully mechanized top-coal caving face；shot blasting；loose blasting

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0153-03

0 引言

煤層中的夾矸對綜放工作面開采帶來許多不利因素，尤其是在機械化采煤條件下，往往采煤機不能正常進刀割煤，影響工作面的推采進度，導致工作面圍巖應力的變化，對采煤機等機械設備、頂板、煤墻管理等不利，本文以銅川礦業有限公司陳家山煤礦425綜放工作面為例進行分析，提出了綜放工作面煤墻堅硬不均勻夾矸的處理方法。

1 工作面概況

425工作面位于主系統東翼東側，上側為423采空區，下側為427掘進系統，東與下石節煤礦相鄰，留有保安煤柱20m。工作面形成走向長度1828m，傾斜寬度165m。地表為山岳地形，溝深林密，對應位置為太白山向東北方向經春林河至崖頭，海拔高度1490-1316m，地形復雜，相對高差較大，季節性春林河自北向南流經該工作面。地表出露地層以第四系（Q4）黃土及松散沉積物為主，次為白堊系（K1）砂礫巖和砂巖沉積。

該工作面開采煤層為4-2煤層，煤層底板起伏較大，底板標高為1002-896m，埋藏深度為396-561m，埋藏最深處位于425回順正頭，最淺處位于1204鉆孔處。地質構造相對簡單，總體呈單斜構造，傾向北西，中里段以新民村向斜構造為主，軸向N15°E，兩翼傾角平緩，一般在5°以下。

煤巖層傾角揭露如下：運順側煤巖層傾角為0°30′-6°，平均3°30′，回順側煤巖層傾角為0°-6°，平均3°，兩順高差0-10.6m，其中停采線至329m段運順高，高差為0-9.0m，329-978m段回順高，高差0-10.6m，978-1397m段運順高，高差0-5.2m，1397m至切眼位置回順高，高差0-8.1m。4-2煤層厚度3.2-16.9m，平均10.5m（不含夾矸），厚度變化較大，但規律明顯，煤層趨勢總體由薄變厚。該工作面內煤層結構復雜，含夾矸1-4層，夾矸巖性多為炭質泥巖、泥巖和粉砂巖，單層厚0.1-0.9m，平均0.5m。煤層節理和裂隙發育，性脆易碎，普氏硬度指數2.5-3，單向抗壓強度7.8-20.6mPa。

2 夾矸分布特點及影響

陳家山煤礦425工作面煤層中粉砂巖夾矸在工作面煤墻中揭露分布情況如圖1（10-12月寫實剖面圖）所示，其分布特點及其影響如下：

①夾矸沿工作面全長賦存，在煤層中分布不均勻，層位起伏較大，使采煤機的割煤速度受到很大影響，降低了生產效率。

②夾矸強度較高，其厚度0.3-0.9m，加劇了工作面設備及其采煤機零部件的損耗與破壞（例如該層夾矸2016年10月暴露在煤墻時，當月采煤機截齒損壞1000個左右）。

3 夾矸處理

3.1 處理原則及注意事項

①應確定合理的機割夾矸厚度，如此才能避免采煤機過度低效磨損；

②為便于設備保護和巖石的機運手選等，應選用有效措施控制破巖塊度；

③設置合理的夾矸處理工序和勞動組織，節約處理時間，提高工作面機器運轉效率，降低生產成本；

④每天八點班根據零點班匯報夾矸情況，沿煤層厚夾矸中間位置垂直于煤墻打一排炮眼，進行裝藥爆破；

⑤打眼設備采用YT-24氣退式鑿巖機打眼，眼距1.5米，深2.0m；

⑥封孔：每眼封泥長度不小于1.0m，封泥必須將炮眼全部封嚴封實，并使用好水泡泥；

⑦爆破方式：采用正向爆破，分組起爆，二級串聯為一組。

根據上述原則及注意事項并結合井下煤墻實際夾矸分布情況，采用機割與松動爆破相結合的綜合夾矸處理方法進行處理。

3.2 最大機割夾矸厚度

采煤機在全厚截割條件下，夾矸厚度較小時，多為縱向裂隙切割，所截落矸石塊均保持原夾矸層厚度；當夾矸層厚度超過500mm時，采煤機截割速度急劇降低，截齒損耗會成倍增加，對安全生產也帶來了許多不利因素；當矸石塊體厚度超過300mm時，會堵塞采煤機機道空間，使采煤機行走困難，增加停機處理時間，因此，確定最大機割夾矸厚度為300mm。

3.3 爆破方法

為了確保最終的爆破效果，在實際的爆破過程中，要求工作面夾矸松動爆破能夠滿足以下要求：

①夾矸破裂塊度尺寸小于300mm，且無巖塊拋擲等現象；

②上下相鄰煤體無震動破壞或只產生松動破壞即片幫坍塌，也進一步要求落實好防片幫措施；

③即使出現松動爆破，也不會造成其他不確定安全事故的發生。

基于此，設計松動爆破技術進行工作面夾矸爆破，其技術要點如下：

①425工作面煤墻夾矸松動爆破，必須正確設定炮眼結構及相關參數（如起爆長度、炮眼布置、炮眼間距、深度、水平夾角及豎直仰俯角、每孔合理裝藥量等），嚴格控制炸藥爆炸能量，使眼孔所產生的爆炸能量稍大于爆落夾矸層所需的最低能量，使之產生適度的爆生裂隙，并沿新的破裂面進行垮落，進而達到很好的爆破效果；

②炮眼裝藥要適當，在滿足爆破效果要求的基礎上盡量少用藥量，充分利用應力波的疊加作用，使最小抵抗線等于松動圈半徑，進而實現松動爆破。

③采用正向裝藥，在爆破過程中，煤巖體的破裂是應力波和氣體靜壓綜合作用的結果，正向裝藥爆破時，在同一爆破半徑上，藥卷徑向的應力波輻射最強。

4 425綜放工作面煤墻松動爆破現場實驗

2016.10-2016.12，進行了425綜放工作面末期煤墻夾矸層處理的現場松動爆破實驗（該方法每天只在八點班大班進行，其余生產班正常生產），夾矸層最大機割厚度為300mm，進而驗證了夾矸層處理方案的實際效果。

4.1 裝藥方式及裝藥量

該工作面裝藥方式采用正向間隔裝藥，其炮眼布置如圖2所示。

裝藥量：夾矸厚度400-600mm，裝藥3-4節；夾矸厚度700mm以上時，裝藥4-5節（炸藥規格：煤礦許用三級乳化炸藥，規格長0.2m，重0.2kg）。

4.2 處理拒爆應遵守的相關規定

①若拒爆是由于連線不良導致的，可重新連線進行起爆；

②任何情況下，嚴禁將炮眼殘底繼續加深或利用打眼的方法往外掏藥，嚴禁用鎬刨或在炮眼中取出原起爆藥卷，或從起爆藥卷中拉出電雷管；

③在距離拒爆炮眼0.3米以外另打與拒爆炮眼平行的新炮眼，重新裝藥進行起爆；

④只有完成拒爆工作后，才能在該地點進行下一步驟的操作；

⑤拒爆處理工作必須當班處理完畢，嚴禁交接至下一班。

為避免采煤機截割瞎炮，殘炮發生，采用分段爆破的放炮方式，炮眼封泥長度嚴格執行相關規范標準。

松動爆破后夾矸層由眼孔處開始產生裂隙，且保留了孔口形狀，對支架無任何影響。425工作面運回順槽爆破后，由于爆破震動及支撐壓力的雙重作用，增加了煤和夾矸垮塌程度，在工作面刮板輸送機道上散落有很少一部分煤巖碎塊。所以井下現場實驗與爆破效果實現了夾矸處理的目的，完全可以解決425綜放工作面末期煤墻夾矸處理的難題。

5 安全警戒

松動爆破前，跟班干部向調度室匯報準備爆破，待調度室同意后，方可進行爆破作業，并由當班班長親自布置專職警戒人員在進行爆破地點的所有道路上進行警戒，直巷警戒距離不得少于100m，拐彎巷道警戒距離不得少于70m，所有作業人員撤離到工作面運順或回順，爆破工必須最后離開爆破地點，并在安全地點起爆，班長確認所有人員撤離到安全地點后，要求發出爆破信號至少5s后，方可進行爆破，一個工作面嚴禁使用兩臺炮器同時放炮。

要求爆破時只能在警戒線以外、支護完好的安全地點存放裝藥箱，同時，爆破結束后，跟班干部向調度室匯報，待調度室同意后，方可撤離警戒線。圖3是425綜放工作面煤墻夾矸松動爆破警戒示意圖。

6 相關安全技術要求

①加強工作面“一通三防”管理，通風部門重點加強工作面瓦斯檢查管理，瓦檢員應對工作面風流、底板、電纜槽下、架間、架前、后部溜子、放煤點等地點的瓦斯情況進行重點檢查，若工作面某一地點存在瓦斯積聚或超限，嚴禁打眼放炮。

②作業前將前后部刮板輸送機開空。

③425高抽巷前后5架，嚴禁打眼放炮。

④響炮前，必須用廢舊皮帶等物將放炮地點周圍的電纜、支架以及立柱、礦壓監測設備、各種高壓管路、閥片、前梁、護幫板千斤頂、采煤機等機械設備進行保護，向完炮后，將其及時拆除，端面距超過0.6m時要及時前移支架護頂。

⑤爆破前后對爆破地點周圍20m范圍進行灑水降塵。

⑥爆破前，支架應升緊升實，達到初撐力，確保支架工況良好，并打出護幫板。

⑦施工過程中確保泵站壓力不低于30MPa，不得任意停泵。

⑧進入煤墻側作業之前，必須先進行“敲幫問頂”，處理煤墻活體，頂板活體，及時打出支架護幫板，確認作業區域安全后，方可進行作業。

⑨裝藥前和爆破前有下列情況之一的，嚴禁爆破：

1）工作面風量不足；

2）炮眼異常，比如存在煤巖松散情況、有瓦斯涌出、溫度忽高忽低等；

3）在爆破地點20m以內，未清除的煤（矸）或者其他物體堵塞工作面斷面1/3以上；

4）爆破地點附近20m以內風流中瓦斯濃度達到或者超過0.8%；

5）空頂距離不符合作業規程，有支架損壞、傘檐超過規定。

⑩爆破作業時，嚴格執行“一炮三檢”及“三人連鎖”爆破制度。

{11}裝藥的炮眼必須當班爆破完畢，嚴禁交接至下一班。

{12}生產作業過程中，加強工作面頂板管理及防片幫措施的落實。

{13}其它未盡事項嚴格執行“民爆物品流程管理制度”和煤礦《三大規程》及礦相關規定、措施。

7 結論

①不均勻夾矸的工作面煤墻適宜用機割、松動爆破二者相結合的方式處理。

②松動爆破對煤層中堅硬夾矸起到了超前松動作用，減少了煤機的切割阻力，降低了生產成本。

③松動爆破需嚴格控制眼孔的方向和層位，切實保證煤墻眼孔的合理裝藥量及其充填質量，同時加強兩順巷道的超前支護，只有這樣才能保證爆破效果和安全生產。

④煤墻夾矸松動爆破，加快了工作面末期推采進度，降低了工人勞動強度，降耗增收明顯提高。

425工作面末期不均勻夾矸處理技術保證了我礦綜放工作面的安全高效生產，具有良好的經濟效益和社會效益，為行業其它同類型問題提供了良好的理論和實踐依據。

參考文獻：

[1]蒲寶山，徐亞軍.含硬夾矸薄煤層高產高效工作面爆破參數的研究[J].煤礦開采，2005，62（2）：50-52.

[2]沈杰，趙明，等.預裂松動爆破技術在特厚煤層綜放工作面的研究應用[J].礦業安全與環保，2007，34（5）：27-32.

[3]孫登林，等.綜采工作面堅硬不均勻夾矸處理[J].黑龍江科技學院學報，2008，18（2）.

[4]李志貴.煤礦安全爆破，北京，煤炭工業出版社，1999.