無聲破碎劑在采煤工作面過陷落柱中的應用

安彥海

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

1 工程概況

山西壽陽段王集團友眾煤業有限公司設計生產能力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，工作面陷落柱發育、頂板破碎、煤壁松軟。60102W工作面推采至52 m位置時遇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，使用炸藥松動爆破極易造成頂板漏頂，為杜絕漏頂事故發生，公司決定使用HSCA高效無聲破碎劑代替炸藥進行松動爆破[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材料，具有破碎物體時不產生震動、噪音、飛石、粉塵及有毒氣體等優點，且運輸保管安全可靠、使用方便，廣泛應用于混凝土和鋼筋凝土構筑物的拆遷、城市大型混凝土基礎拆除、水利、橋墩及隧道等需進行靜態破碎施工的工程。其類型及技術性能指標如表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性能指標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型無聲破碎劑適應環境溫度，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。

為保證HSCA-Ⅲ型破碎劑有充足的反應時間、充分發揮膨脹作用，現場采用夜班打眼裝藥、早班檢修、中班推采的方式，確保反應時間不低于8 h。

在實際施工中，將HSCA-Ⅲ型無聲破碎劑加水攪拌成干稠的膠泥狀，人工捏成長條狀裝入鉆孔中，經不低于8 h的反應后，完成巖石松動。

3 施工工藝

因X48#陷落柱巖石硬度變化較大，為保證松動效果，需根據現場巖石硬度調整鉆孔排間距，鉆孔排距調整范圍為0.4 m～0.5 m，孔距調整范圍為0.3 m～0.4 m。現場采用7665M系列風鉆打眼，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。嚴格按照設計的鉆孔孔位鉆孔，為提高松動效果，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，制成漿狀時灌孔較為困難，根據現場配比試驗，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，然后加入1袋(5 kg)破碎劑，使用手持式風動幫錨桿鉆機帶動自制機械手進行攪拌。

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

因藥劑在常溫下，5 min～10 min之內即開始發生反應，故從藥劑加水攪拌直到裝藥結束，整個過程時間不得超過5 min。

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

4 安全注意事項

1)HSCA破碎劑堿性和腐蝕性較強，施工人員必須做好個人防護，戴好防護眼鏡和耐腐蝕橡膠手套，現場應備清水，沖孔時藥劑如果不慎濺入眼內或皮膚上，應立即用清水沖洗。

2)HSCA破碎劑在儲存和運輸過程中必須做好防潮工作，開封后應立即使用，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，嚴禁在井下長時間儲存。

3)破碎劑裝填完畢后，在反應時間內，嚴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已裝藥的鉆孔，以防巖渣或破碎劑噴出，傷害眼睛。

5 結束語

HSCA破碎劑通常用于地面大型混凝土基礎拆除，水利、橋墩、隧道等不適宜使用爆破施工的條件下，屬非易燃易爆危險品，運輸、保管、使用都十分方便。它在破碎物體時，不產生火花、震動、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、震動造成瓦斯突出，爆破造成頂板漏頂等事故發生。在采煤工作面過陷落柱中使用HSCA破碎劑，提高了現場頂板管理水平，改善了工作面文明生產條件，杜絕了漏頂事故的發生，取得了較好的成效，提供了新的經驗。