固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑切頂技術(shù)在大采高工作面中的應(yīng)用

臧金旺

（鄂爾多斯市營盤壕煤炭有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑作用機理

導(dǎo)彈固體推進劑是做為火箭、導(dǎo)彈飛行推進的動力燃料。在導(dǎo)彈固體推進劑基礎(chǔ)上改良的民用產(chǎn)品固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑可對煤（巖）進行預(yù)裂，該產(chǎn)品已在多個礦井應(yīng)用，煤（巖）預(yù)裂效果比較明顯。其作用機理是先預(yù)裂再爆轟：鉆孔中的固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑通電點火后迅速燃燒，燃燒產(chǎn)生的高壓氣體快速充滿煤巖層中的小裂隙、孔隙、微孔隙、半封閉孔隙，同時氣體的高壓作用還能在煤（巖）中產(chǎn)生新的裂隙并使孔隙、微孔隙，特別是封閉孔隙貫通；氣體壓力達到一定值后（通常設(shè)定20MPa）再在煤（巖）內(nèi)部爆轟，從而達到破裂煤巖的目的。

固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑的安全性能優(yōu)于現(xiàn)在的炸藥，在常溫常壓下無法點燃；壓力在0.3MPa以下時，即使點燃也會自動熄滅，且不會殉爆。固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑燃燒后產(chǎn)物的主要成分是水、氮氣和二氧化碳等無害氣體和微量的一氧化碳。產(chǎn)生的有害氣體一氧化碳可通過采取措施減少排放和杜絕傷害。

2 切頂預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計

2.1 鉆孔參數(shù)切頂鉆孔直徑91m

m，深度35m，傾角45°（與切眼或順槽方向的夾角）。切眼布孔33個，孔間距9m；膠運及回風(fēng)順槽各布孔5個，孔間距8m。鉆孔布置如圖1、圖2所示：

圖1 2201工作面切眼鉆孔布置圖

圖2 兩順槽鉆孔布置圖

2.2 封孔參數(shù)

素水泥漿（內(nèi)摻速凝劑，摻量5%）封孔，封孔深度12m。

單孔裝藥量：固體產(chǎn)氣預(yù)裂劑共有三種即產(chǎn)氣藥、增強藥和點火藥。單孔裝藥量詳見表1：

表1 單孔裝藥量

3 預(yù)裂爆破施工

3.1 鉆孔施工

1）鉆機型號：ZDY1900L型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機，一臺。

2）生產(chǎn)組織。三班作業(yè)，每班三人，其中鉆機司機1人，其余2人負責(zé)鉆桿連接及拆除并配合鉆機司機。

3）施工順序：先施工回風(fēng)順槽的5個鉆孔，再施工切眼的33個鉆孔，最后施工膠運順槽5個鉆孔。

4）施工工藝：鉆機就位→鉆孔定位→水管連接→剪金屬網(wǎng)→第1根鉆桿連接→鉆進→第2根鉆桿連接→鉆進→…→最后一根鉆桿連接→鉆進→退鉆桿→拆水管→清理衛(wèi)生→下一鉆孔。

鉆孔施工自2016年1月20日開始，1月25日完成，歷時6天。切眼鉆孔實測圖如圖3所示。

圖3 切眼鉆孔實測圖

3.2 裝藥

1）產(chǎn)氣藥劑準備。具體見表2：

表2 產(chǎn)氣劑數(shù)量表

2）工具及附材準備。此次切頂準備的工具及附材有：防爆注漿泵一臺、萬用表1個、起爆器1個及放炮母線300米、電線（200m/卷，35卷）、水泥7噸、速凝劑250kg、快干水泥300卷、截止閥50個、注漿管300米、裁紙刀3把、透明膠帶30卷、電工膠帶5卷、送藥桿兩套、止退器100個、短管（Φ25mm，長500mm，50個）、棉紗一袋、水桶 2個、活動腳手架8副、30厚木板20塊。

3）裝藥順序。從上到下，按6節(jié)增強藥、6節(jié)產(chǎn)氣藥、1節(jié)點火藥、1節(jié)產(chǎn)氣藥、止退器、1節(jié)增強藥、1節(jié)點火藥、6節(jié)產(chǎn)氣藥、3節(jié)增強藥、1節(jié)點火藥、1節(jié)產(chǎn)氣藥、止退器的順序依次裝入鉆孔中。單孔裝藥量103.95kg，共計43個孔，總藥量4.886t。點火藥的電線引出鉆孔。

4）裝藥操作。①操作平臺。利用活動腳手架搭設(shè)操作平臺，每裝完一個孔，整體挪移操作平臺。②勞動組織。三班作業(yè)，每班人員18名，分兩組作業(yè)。③操作工藝。第一個止退器上方的藥劑作為第一層藥柱，第一個和第二個止退器之間的藥劑作為第二層藥柱。操作人員把第一層藥柱裝完后，通過送藥桿將藥柱和止退器一起送到設(shè)計位置，然后進行第二層裝藥。不同的是，需在最后一節(jié)藥柱底部綁上軟管（距藥柱底端100mm處開口），以利于在注漿時泄壓及提示漿已注滿。兩層裝藥結(jié)束后，利用快干水泥藥卷將前端包裹棉紗的注漿短管密封在炮眼口處，裝上截止閥，打開截止閥門，以把鉆孔中的水導(dǎo)出，防止藥劑浸水。由于裝藥過程中點火導(dǎo)線有被蹭斷的現(xiàn)象，所以送藥過程中一定要將導(dǎo)線貼在藥柱的上方，并且安排專人順線。

3.3 封孔

1）封孔材料。42.5R普通硅酸鹽水泥、水按水膠比3：2進行配比，加入5%的速凝劑。

2）勞動組織。三班作業(yè)，每班人員12名，一人負責(zé)開注漿泵，兩人上料，兩人插拔注漿管，其余人員負責(zé)材料運輸及設(shè)備、操作平臺挪移。

3）注漿封孔。水泥漿攪拌均勻后，通過注漿管路往鉆孔內(nèi)注漿。注漿量采用雙控，一是通過量控，每一孔需6桶水泥漿；二是通過提前預(yù)埋的膠管有無水或空氣排出進行判斷，直至封滿。單孔注漿結(jié)束后，關(guān)閉截止閥，拔出注漿管，然后清洗注漿泵與注漿管，轉(zhuǎn)入下一鉆孔注漿。

3.4 爆破作業(yè)

1）爆破順序。逆風(fēng)流分組爆破，按先回風(fēng)，再切眼，最后膠運順槽。

2）爆破分組。共分9組爆破。具體分組情況見表3。

表3 爆破分組表

3）爆破作業(yè)。嚴格按煤礦安全規(guī)程的要求進行爆破作業(yè)。一是回風(fēng)流中所有崗點、頭面停產(chǎn)撤人。二是專人站崗警戒，一崗雙人。每一崗點設(shè)置警戒牌、欄桿或拉繩。三是有害氣體檢測。每一循環(huán)放炮20min后，由瓦檢員檢查CO等氣體在允許濃度范圍內(nèi)，方可進入下一次放炮作業(yè)。

4 爆破效果

1）爆破現(xiàn)象。炮聲比較大，震動比較明顯；回風(fēng)、切眼、膠運均有一處爆坑，爆坑直坑直徑2－3m；頂板淋水增大；頂板離層，頂板離層儀前后數(shù)值對比，頂板離層達100mm；炮眼處錨網(wǎng)撕裂，個別注漿管蹦出。

2）爆破能量及震級。通過微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，震級最大達到1.81級。

3）斷頂效果。斷頂前，工作面推進了4.6m；斷頂后，至21日，推進了4.4m,23#－90#支架后頂板破碎，有煤矸冒落，兩順槽頂板、兩幫壓力不明顯，預(yù)裂效果顯著。

5 存在問題

1）CO濃度高。放炮后，通過2201回風(fēng)隅角安設(shè)的CO傳感器檢測的數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)生的CO濃度比較高，最高達到420ppm。分析原因，一是封孔不牢，個別鉆孔出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象，造成氣體大量外泄；二是鉆孔與錨索眼貫通，氣體從錨桿眼內(nèi)竄出；三是煤巖層裂隙發(fā)育，從裂隙中溢出。所以應(yīng)加強封孔，保證封孔質(zhì)量，成孔時應(yīng)盡量避開錨索位置，加強放炮管理，嚴格執(zhí)行停產(chǎn)撤人與氣體檢測措施。

2）封孔不牢。爆破作業(yè)過程中出現(xiàn)了沖孔現(xiàn)象，說明封孔質(zhì)量存在問題，主要原因是封孔長度不夠。造成封孔長度不夠的因素有：一是封孔過程中杜絕停電停水現(xiàn)象，確保注漿一次注完；二是因裂隙較多，跑漿現(xiàn)象嚴重，造成注漿總量已到，但封孔長度未到的情況。三是優(yōu)化注漿鉆孔參數(shù)，降低孔間距，減少裝藥量，增大封孔長度；四是增大固管長度，將預(yù)埋的注漿管穿過煤層，避免因鼓管及從破碎煤層中跑漿。