新景礦80124綜采工作面二氧化碳預(yù)裂爆破技術(shù)探析

畢 鐵

（山西新景煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

新景礦80124綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷由于頂板比較堅(jiān)硬隨著工作面推進(jìn)，進(jìn)風(fēng)巷頂板出現(xiàn)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(qū)的瓦斯大量涌出，造成瓦斯事故，為此決定在工作面進(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)切頂密柱處進(jìn)行了二氧化碳預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂?shù)戎饕ぷ鳌?/p>

1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

15#煤西采區(qū)80124綜采工作面位于525水平，地面標(biāo)高860m～1050m，工作面標(biāo)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(qū)南翼西部，東為80123工作面（已采），

南為蘆南進(jìn)回風(fēng)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(chǔ)量為192萬t。

2 二氧化碳預(yù)裂爆破技術(shù)說明

2.1 工作原理

首先將液態(tài)的二氧化碳裝滿致裂器的儲(chǔ)液管，按下加熱裝置的按鈕[1]，致裂器自帶的加熱裝置會(huì)迅速加熱并且產(chǎn)生大量的熱能，這些熱量會(huì)被儲(chǔ)液管內(nèi)的液態(tài)二氧化碳吸收，并且在短時(shí)間內(nèi)大量氣化使體積急速膨脹約600倍[2]，致裂管內(nèi)部壓力急劇升高，當(dāng)管內(nèi)的壓力達(dá)到定壓剪切片的預(yù)設(shè)強(qiáng)度值時(shí)，定壓剪切片就會(huì)被破壞，高壓氣體從釋放管噴出，利用瞬時(shí)產(chǎn)生的巨大推動(dòng)力，沿著煤巖體的自然裂隙或者軟弱結(jié)構(gòu)面沖破物料，從而使煤巖體破裂[3]。致裂器的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 致裂器的構(gòu)成

二氧化碳致裂器規(guī)格型號見表1。

表1 二氧化碳致裂器規(guī)格型號表

2.2 施工工藝

1）在檢修班拉移完轉(zhuǎn)載機(jī)后，在進(jìn)行回柱的同時(shí)使用鉆機(jī)在進(jìn)風(fēng)巷頂板由里向外施工3×3方形布置的炮眼，具體參數(shù)見表2。

表2 炮眼布置參數(shù)表

2）工藝流程為：檢修班拉移轉(zhuǎn)載機(jī)—→支設(shè)臨時(shí)密柱（每米不少于2～3根）—→在合適位置穩(wěn)固鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔—→鉆孔成孔后送入致裂器 (安放導(dǎo)線)—→檢查導(dǎo)通—→炮泥封孔 (孔口用木楔加強(qiáng))—→當(dāng)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(shí)密柱的掩護(hù)下回撤切頂密柱—→補(bǔ)齊臨時(shí)密柱排（每米不少于4根）—→按照以上的循環(huán)方式進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)密柱排移至新切頂線位置并且所有炮眼布置完畢后進(jìn)行撤人設(shè)警戒—→三人連鎖放炮—→起爆。

3）實(shí)際打眼情況。采用ZLJ850型號的鉆機(jī)對進(jìn)風(fēng)巷頂板進(jìn)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(gè)炮眼，其中有2個(gè)炮眼成孔失敗，有效炮眼為4個(gè)，每個(gè)炮眼裝填4根二氧化碳致裂器。

5）退錨、剪網(wǎng)情況。每個(gè)炮眼在所有工序都完成后，對打眼區(qū)域進(jìn)行退錨、剪網(wǎng)。

表3 鉆孔施工情況表

表4 高抽巷瓦斯?jié)舛取⒊榉帕糠哦趸碱A(yù)裂炮前后對比

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了了解二氧化碳致裂器實(shí)施后對巷道中瓦斯?jié)舛鹊挠绊懬闆r，在預(yù)裂前后對高抽巷中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行記錄和觀測，具體結(jié)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(shí)根據(jù)通風(fēng)科提供的80124工作面上隅角瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)以及曲線可以得出：在二氧化碳預(yù)裂炮前后10日時(shí)間內(nèi)，瓦斯?jié)舛然揪S持穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯波動(dòng)現(xiàn)象。

4 預(yù)裂爆破存在問題及改進(jìn)措施

1）原二氧化碳致裂器需要內(nèi)部導(dǎo)線與外部導(dǎo)線相互結(jié)合才能形成回路并且激發(fā)裝置，由于鉆孔內(nèi)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(dǎo)線，造成激發(fā)回路斷路，因此必須足夠小心才能完成布放任務(wù)。使得二氧化碳致裂器在布放過程中費(fèi)事費(fèi)力，還嚴(yán)重影響強(qiáng)制放頂?shù)男Ч?/p>

改進(jìn)措施：使用同心電極雙路致裂器內(nèi)走線來取代布設(shè)內(nèi)外導(dǎo)線，這使得激發(fā)裝置的雙向回路導(dǎo)線都位于致裂器的內(nèi)部，從而避免了往鉆孔中布放裝置是因外導(dǎo)線破壞而無法啟動(dòng)裝置的問題。此外，一個(gè)同心電極可以同時(shí)連接多個(gè)致裂器，還可以快速激發(fā)電路，減少人工接線的繁瑣，省時(shí)高效，安全可靠。

2）井下路線相對顛簸，在二氧化碳致裂器運(yùn)輸過程中難免會(huì)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(shí)可能堵塞激發(fā)電路，影響致裂器的正常使用，使得啞炮現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

改進(jìn)措施：在致裂器容易損壞和堵塞的地方增加螺紋尼龍護(hù)套，這可以保護(hù)致裂器在運(yùn)輸和使用過程中不被損壞，提高了致裂器的自身防護(hù)性能，增強(qiáng)了致裂器的實(shí)用性，更加符合礦井現(xiàn)場環(huán)境的要求。

3）在往常的試驗(yàn)中，一般采用炮泥加木楔的方式對炮眼進(jìn)行封孔處理，這樣經(jīng)常使得致裂器與孔不能完全貼合，致裂器在發(fā)生爆破時(shí)因?yàn)榉饪椎牟粡氐祝斐筛邏簹怏w泄漏，使得爆破威力大大降低，強(qiáng)制放頂?shù)男Ч艿綐O大的影響。

改進(jìn)措施：為了能夠滿足強(qiáng)制放頂?shù)囊笸瑫r(shí)適應(yīng)現(xiàn)場的條件，對封孔器進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì)。利用膨脹螺栓的原理設(shè)計(jì)封孔器并且用相應(yīng)的工具將其放入孔中，在封孔的同時(shí)使得致裂器被抱死。這樣，致裂器在爆破時(shí)高壓氣體產(chǎn)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(dá)到最佳。

5 結(jié) 語

80124綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷二氧化碳預(yù)裂爆破技術(shù)試驗(yàn)可以滿足新景礦安全生產(chǎn)強(qiáng)制放頂?shù)囊蟆＞唧w情況如下：

1）頂板垮落情況：在整個(gè)斷面上頂板的垮落長度為2.0m，垮落高度達(dá)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(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)填滿，使得采空區(qū)瓦斯與工作面之間有效隔離，對采空區(qū)進(jìn)行了良好的封堵。

3）隨著工作面的不斷推進(jìn)，為了避免進(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)再次出現(xiàn)長距離的懸頂現(xiàn)象，根據(jù)每天工作面推進(jìn)3刀計(jì)算，每隔6～8天強(qiáng)制放頂一次。

4）采用二氧化碳致裂器強(qiáng)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(jìn)風(fēng)巷采空區(qū)進(jìn)行封堵，又不會(huì)對工作面上隅角瓦斯含量產(chǎn)生明顯影響，效果良好。