硬顶煤深孔预裂爆破技术的研究与应用

硬顶煤深孔预裂爆破技术的研究与应用

兖煤菏泽能化有限公司王玉昌

摘要：综采放顶煤是厚煤层实现高产高效、安全、低耗、低成本的采煤工艺。随着放顶煤采煤法的应用，顶煤硬度大不易冒落，可放性差，成为造成顶煤回收率降低的主要问题。本文介绍了硬顶煤条件下，深孔预裂爆破技术在放顶煤开采中的研究及应用，对深孔预裂爆破的机理、试验研究进行了论述。该课题作为原煤炭工业部“九五”攻关项目“综采机械化放顶煤开采成套技术与装备研究”的子专题，.成功地提出一套50～80米深孔控制预裂爆破的打钻、成孔、装药、封孔及起爆工艺与配套设备，经科技项目检索查新，达到国际先进水平，具有广阔的应用前景。

关键词：综采放顶煤开采硬顶煤深孔预裂爆破煤炭回收率

1.概述

兖矿集团鲍店煤矿是一座年设计能力300万吨的大型现代化矿井。目前主要采用综采放顶煤开采技术。

顶煤硬度大、可放性差，顶煤滞后冒落、产生大块是造成顶煤回收率低的主要原因之一。硬顶煤深孔预裂爆破技术的研究目的和意义是：针对一些煤体强度大，节理裂隙不发育，顶煤中含夹矸，等条件下的放顶煤开采工作面，生产中存在的顶煤滞后冒落或产生大块堵住天窗，使顶煤不易放出等情况，采用“深孔预裂爆破技术”，在回采前进行顶煤预裂，并结合常压注水，提高顶煤可放行，从而提高顶煤回收率，减少采空区自燃发火，提高煤炭产量。

2.硬顶煤深孔预裂爆破机理

在工作面顺槽内，沿工作面倾斜方向打爆破空与控制空；孔深50～100m，爆破孔直径为75mm，控制控直径为90mm，孔间距为8m左右。通过爆破作用，炮孔周围产生直径为100～250mm的柱状粉碎圈带和一沿爆破孔与控制孔连心线方向长为8～10m的贯穿爆破裂缝带及次生的裂隙圈带。爆破后，通过爆破孔向煤层注水，进一步扩大裂隙带几次生裂隙带的宽度；此外，在支架与矿压的反复作用下，使已经产生大量裂缝的顶煤进一步破碎。这样，在放煤过程中，可以将硬顶煤顺利放出，达到提高工

作面回采率与煤层注水的效果，减少采空区浮煤，防止自燃发火的目的。

3.深孔预裂爆破研究与实施的基本条件

1310综放面是鲍店煤矿北翼一采区的第八个区段，工作面走向长度1028m，倾向长198m，所采煤层为山西组3层煤，煤层厚度8.2～9.5m，平均8.70m，煤层普氏硬度f=3.6～4.9。硬质煤体较发育。工作面采用综采放顶煤一次采全高的采煤方式，放煤采用双轮顺序多头点放煤，放煤步距1.2m，采放比为1 ：1.9，选用ZFP5600-17/35低位放顶煤支架，采煤机为AM-500双滚筒采煤机。正常情况下，回采率为80%左右。

4.深孔预裂爆破的工艺过程及方法

4.1试验工艺与装备

4.1.1打钻：利用钻机按照设计要求打出钻孔。

4.1.2装药：采用压风装药器及抗静电阻燃塑料管，进行连续耦合装药。为防止管道效应的产生，沿炮孔全长敷设煤矿导爆索。装药密度为0.7～0.8g/cm3，单位长度装药量为4kg/m。炸药型号为一级煤矿许用硝铵炸药。

4.1.3封孔：使用装药器和抗静电阻燃塑料管，进行压风喷泥封孔。为了使爆破孔爆破后不产生“打筒”现象，保证预裂爆破效果和施工安全，封孔长度必须大于12m。

4.1.4起爆：采用双炮头、正向起爆的爆破方法。起爆器型号为MFB-200。每次起爆不得超过一个爆破孔。爆破孔内两个炮头的雷管脚线为并联。炮头制作前，须进行雷管导通测试。连好放炮母线，经检查无误后，方可在警戒线外有掩护的安全地点进行放炮。警戒距离不小于200m。

4.1.5注水：爆破后，将爆破孔内的炮泥用钻机掏出，作为注水孔与控制孔一起进行煤体注水。

4.2工艺过程及操作说明

4.2.1装药

4.2.1.1准备工作

(1)对于爆破孔前后10m范围内的巷道支护进行检查加固。

(2)对于爆破地点及附近的设备、电缆进行妥善保护。

(3)将装药器抬到爆破孔附近，固定好，清理干净。

(4)接上风源，打开进气阀，封盖、调压、检查装药器密封情况。

(5)接好输药管，打开送药阀，吹净装药器内及输药管内的杂物及水。

(6)将各阀门手柄处于关闭位臵。

1.进风口；

2.上风路；

3.底风路；

4.卸压口

5.装药口

6.输药口；

7.输药开关

8.调压阀

9.搅拌桨摇把10.缸体

图1 BQF-50A型装药器示意图

4.2.1.2劳动组织

该装药器由5人操作，一人上药，一人操作装药器各阀门，二人负责拔管，一人负责盘管。

4.2.1.3操作步骤

(1)送输料管：将输药管插入孔内，同时将导爆索钩挂在输药管的端头，

一起送入孔底，送管时可打开底风，以免煤渣进入输料管内。导爆索的长度要比装药长度长2～3m，其外端要用细铁丝系住连出孔外。

(2)上药：第一次上药不得超过10kg，药粉不能结块或有其它杂物。

(3)封盖：通过调压阀调节装药器压力，保持在0.35～0.4MPa。

(4)拔管人员将输药管拔出0.5～1m,然后向装药器操作人员发出装药指令。

(5)一次打开送药阀门，并摇动搅拌手柄，同时拔管开始（送药到开始拔管间隔时间应根据输药管长度确定，在0.35～0.4MPa压力下，药的装运速度为5～6m/s，拔管速度一般为0.5～0.6m/s。

(6)当发现孔内返风时，通知关闭给药阀门（此时压力表下降到0.2MPa 左右）。可打开底风，反复吹一两次。

(7)重复以上装药过程，直至装药到预定长度为止。为了较好掌握装药长度，避免封孔段过短，应预先在输药管做上记号。

(8)每次将一个炮头用炮棍缓缓送到预定位臵，使其与炸药充分接触。

(9)在炮头送入后，用炮棍封入200～300mm的炮泥。

4.2.2封孔

利用装药器和抗静电阻燃塑料管及压风喷泥技术封孔。

(1)采用过筛的略潮黄土作为封孔材料；

(2)上土每次不超过5kg ；

(3)封盖后将压力调至最大；

(4)将输土管送入炮头后的封泥处，并通知送料；

(5)拔管时可随喷土时的反作用力缓缓向外退管；

(6)重复以上过程直至孔长度≥12m为止。

(7)封孔后，将装药器连同输土管一并用清水清洗干净，并用风吹干，以备下次再用。

4.2.3起爆

装药、封孔完成后，连好放炮母线，经检查无误，方可在警戒线外的安全地点进行放炮。

4.3深孔预裂爆破的工业试验

4.3.1工艺与设备的研究试验