基于长孔松动爆破的巷道放顶煤采煤法应用研究

张继忠

(黑龙江科技学院资源与环境工程学院， 黑龙江哈尔滨 150027)

基于长孔松动爆破的巷道放顶煤采煤法应用研究

张继忠

(黑龙江科技学院资源与环境工程学院， 黑龙江哈尔滨 150027)

对采用长孔松动爆破区段的钻孔角度和长度及填药结构进行设计，合理的确定了爆破方案和设计参数，并对长孔松动爆破技术在试验矿井的应用效果进行了技术分析。关键词:急倾斜;巷道放顶煤;长孔松动爆破;技术分析

七台河市大乘煤矿生产能力为15万t/a，井田范围内煤层厚度1.8～10 m，由于受背斜轴的影响，煤层局部变化，煤层倾角45°～85°，赋存不稳定。2008年前，大乘煤矿回采工作面基本采用仓储法采煤。但《国家煤矿安全监察局关于急倾斜煤层安全开采的指导意见》中指出，要坚决淘汰仓储式采煤方法，2008年1月1日起，严禁使用仓储式采煤法。为此，大乘煤矿与黑龙江科技学院合作研究适合该矿开采条件的，能达到安全、高产高效的采煤方法。

1 巷道放顶煤研究方案

1.1 研究方案的确定

巷道放顶煤采煤法主要是利用矿山压力作用或辅以人工松动的方法，使巷道上方顶煤破碎，堆于采场，临时支撑顶、底板[1]，并通过预先布置好的放煤口将松散的顶煤放出。但在现场实际应用过程中，对于急倾斜厚煤层，仅依靠矿山压力作用使顶煤破碎并实现安全下放的效果并不明显，顶煤存在不破碎、大块卡放煤口、粘顶底板等现象。为提高煤炭回采率和经济效益，在巷道放顶煤采煤法中应用长孔松动爆破技术使顶煤松散、破碎，实现顶煤顺利安全下放。

1.2 研究区段地质概况

研究段位于60#层七片标高+2.0 m水平，区段走向长度293 m，区段垂高30 m，如图1所示。煤层平均厚度5.6 m，煤层倾角81°，煤层结构复杂，普氏系数 f=1.96，直接顶0.8 m，老顶15 m，均为粉细砂岩，易垮落，煤质为1/3焦煤。煤层自燃发火期长，无煤尘爆炸危险和水害影响，属低瓦斯矿井。

1.3 巷道布置

沿60#层七片布置放煤巷道，放煤巷道布置有沿煤层顶板、底板和煤层之中3种情况[2]，它和放煤眼均受落煤冲击和放煤流动的影响。由于本层煤厚度变化较大，经综合考虑，放煤巷道沿煤层之中偏向顶板布置较为有利，在放煤巷道支架上方留有保护煤柱，顶煤顺利下放后，放煤巷道便处于沿空留巷状态。

图1 区段巷道掘进工程

在放煤巷道倾斜方向上按一定距离布置初采巷道，初采巷道与放煤巷道沿走向按一定距离布置放煤眼。巷道掘进初期在区段边界位置由七片放煤巷道沿煤层倾斜方向向六片掘上山切眼，与六片贯通形成通风回路。该采煤方法回采工艺分初采、正常回采和终采。初采是利用矿山压力作用并辅以长孔松动爆破将一定范围内的煤体破碎，同时放出少量顶煤，为正常回采做准备;正常回采是采取多轮多口均衡放煤方式放煤[3];终采是回撤输送机和支架并回收支架上的余煤。巷道放顶煤回采工作面布置方案如图2所示。

图2中，在工作面边界位置第一次进行长孔松动爆破时，由于煤体经长孔松动爆破后散胀程度较大，加之煤层较厚，初采巷道的空间无法满足煤体的散胀空间，导致顶煤成大块和破碎不明显，严重影响接下来的长孔松动爆破效果，固在边界处掘上山切眼。这样的做法即有利于长孔松动爆破，又便于工作面初期的通风。

图2 回采工作面巷道布置

2 长孔松动爆破研究

松动爆破主要是利用爆破作用，使介质原地破裂或散落在原地及附近的爆破[4]。而长孔松动爆破是依据松动爆破的原理并在其基础上合理设计钻孔长度、角度和装药结构，在煤层内爆破，使煤体达到松动，成为散体的一项技术。

在区段高度范围内布置回风平巷、放煤巷道和初采巷道，在初采巷道内沿煤层倾斜方向向煤体打钻孔，并在孔内装填炸药，利用爆破作用使区段范围内的煤体松动、松散。

2.1 设计要求

(1)保证初采巷道的安全稳定性。初采巷道是井下作业人员向煤体打钻孔、装药和放炮等工序的作业场所，应保证初采巷道的稳定性，按照设计的需要采用单体液压支柱进行支护，单体液压支柱在放炮作业前撤出。同时，要求松动爆破设计必须保证初采巷道畅通，不能使煤壁片帮，不能崩倒支柱，崩漏巷道。

(2)优化钻爆参数，以最少的炸药量，使煤层得到充分的松动，在煤体内形成裂隙发育体，得到比较充分的破碎。

(3)松动爆破要尽量减少对煤层顶、底板的破坏，以防顶、底板破碎矸石提前垮落混入顶煤中，影响放煤效果。

2.2 方案的确定

根据七台河矿区的要求和实际情况，钻孔爆破采用乳化炸药，并根据所设计的钻孔长度的不同，在钻孔内进行多段填药，每段间采用炮泥和水泡泥进行充填，利用瞬发雷管起爆炸药。钻孔长度根据现场实际设计为4，8 m和15 m 3种形式。钻孔间距采用1 m和0.7 m。钻孔布置见图3，装药结构见图4和表1。

图3 初采巷道炮眼布置

图4 钻孔装药结构

表1 不同钻孔填装结构及钻孔数

3 技术分析

(1)视煤层倾角、厚度、煤的物理力学性质等因素，并结合开采技术水平合理确定钻孔长度和角度[5]。现场应用中:对于倾角和厚度大、煤层结构简单、顶底板条件好、煤层强度小、瓦斯水文条件简单、可放性好的煤层，选择浅钻孔松动爆破;对于厚度较小、结构复杂、煤层强度大、可放性差的煤层采用长孔松动爆破。

(2)应用研究中，采用放煤眼倾斜布置方式，在放煤巷道侧帮靠近上部处留出放煤口，初采巷道内炮眼布置为沿煤层倾向向上扇形布置。向上扇形布置钻孔不易破坏放煤巷道的保护层，对巷道的稳定性有利。

(3)利用初采巷道和各放煤眼为自由面扩大爆破的自由空间，由于煤体破碎后松散系数增加，这里又可作为顶煤碎胀后的释放空间，使顶煤松动效果明显，为正常回采提供有利条件。

(4)回采工作面形成初期，在边界处开掘上山切眼，为下一步长孔松动爆破创造了良好的条件。

[1] 杨喜才.急倾斜煤层巷道放顶煤采煤法的实践[J].煤炭科学技术，2006，34(6):10 －11.

[2] 赵伏军，等.长孔爆破在巷道放顶煤中的试验研究[J].煤炭科学技术，2002，30(2):26 －27.

[3] 霍丙杰，张宏伟，耿养谋.急倾斜煤层巷道放顶煤回采工艺研究[J].矿业研究与开发，2009，29(4):8 －9.

[4] 刘金海，冯 涛，王卫军，等.急倾斜煤层顶煤可放性识别的距离判别方法及应用[J].煤炭学报，2008，33(6):601 －605.

[5] 董陇军，李夕兵，白云飞，等.急倾斜煤层顶煤可放性分类预测的Fisher判别分析模型及应用[J].煤炭学报，2009，(1):58－63.

2011－03－19)

张继忠(1976－)，男，黑龙江庆安人，工程师，硕士，主要从事矿山压力与控制和采煤方法的研究工作，Email:zdsys@163.com。