超前预裂爆破顶煤弱化工艺在碱沟煤矿的应用

摘要：碱沟煤矿自1997年采用综采放顶煤采煤工艺后，矿井生产能力得到了巨大提升。但是在矿井生产过程中，工作面无法正常推进，必须待钻孔施工完毕后，才能够继续正规循环作业。综采工作面生产工艺能否真正实现连续生产，决定着矿井的生产能力能否进一步提升。2007年，自矿井实验采用超前预裂爆破顶煤弱化工艺后，逐步解决了矿井连续生产问题，提升了矿井生产能力。

关键词：综采放顶煤；超前预裂爆破；顶煤弱化；爆破采煤工艺

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0107-02

碱沟煤矿自1997年开始进行综采放顶煤工业试验，学习参照乌鲁木齐矿务局六道湾煤矿的综采放顶煤采煤工艺，工作面上方顶煤均采用在工作面液压支架架间用岩石电钻或液压钻机施工钻孔，装乳化炸药进行架间顶板爆破处理方式处理。在放顶孔施工期间，工作面无法正常推进，必须待钻孔施工完毕后，才能够继续正规循环作业，而且钻孔爆破顶煤成为整个急倾斜综采放顶煤工艺中不可平行作业的一道重要工序。在综采工作面液压支架下狭小的空间内施工钻孔和人工装药是非常困难的，封堵不好或者在装药过程中的稍许失误，都会导致工作面设备损坏，工作面大面积悬顶以及作业人员伤害、气体中毒等恶性事故。根据新颁布实行的《煤矿安全规程》第68条的相关规定，禁止在工作面放炮的规定亟待对该项爆破采煤工艺进行改进。

自2007年在碱沟煤矿试用急倾斜综采放顶煤超前预裂爆破顶煤弱化工艺以来，进行了大量的现场试验和技术研究，经过不断优化超前预裂爆破顶煤弱化工艺步骤和参数，工艺日趋成熟，提高了矿井机械化水平，实现了矿井连续安全高效开采。

急倾斜特厚煤层综放超前预裂爆破顶煤弱化工艺是依据炸药的内部动力作用原理，利用炸药在煤体内爆炸时所产生的爆轰气体作用，使煤体破裂与松动，将煤体致裂并提高瓦斯气体的渗透性，延长气体析出时间，避免了架后气体超限事故发生。通过对爆破参数的调整，使顶煤充分破碎，降低大块率，达到工作面回采要求，提高了工作面回采率，保证矿井安全高效开采。

1 概况

碱沟煤矿矿区位于八道湾向斜南翼，为一单斜构造，煤层走向自西向东53°～55°呈一略向北突出的弧形，煤层倾向西北，煤层倾角86°～88°。经瓦斯等级鉴定与二氧化碳测定工作测定矿井为瓦斯矿井，煤层易自燃，煤尘具爆炸危险性，顶板为炭质页岩和粉砂岩，较硬、层状结构，节理发育。

碱沟煤矿东三+541B3+6综采工作面两巷沿煤层走向平行布置，采用综采放顶煤采煤工艺，段高25.2m，煤层总厚53.1m，平均倾角86.5°，瓦斯含量低，易自燃，煤尘具爆炸危险性。煤层稳定，采区范围内煤层裂隙比较发育，煤层富含裂隙水。基本顶为炭质页岩和粉砂岩，厚度1.9m，较硬黑灰色层状结构；直接顶为粉砂岩，厚度78m，灰色，深灰色，含薄层细砂岩，层理节理发育，泥钙质胶结；伪顶为炭质页岩，厚度0.4～1.1m，灰黑色、薄层状，夹有泥岩及煤线，易破碎；直接底为炭质页岩，厚度79.5m，灰黑，层状节理明显、易脱落质脆。

2 急倾斜特厚煤层综放超前预裂爆破顶煤弱化工艺

2.1 工艺流程

地质测量→超前预爆方案设计→施工装药→封孔施工→炮孔起爆→效果分析评价。

东三+541B3+6综采工作面在B6巷中每组施工12个超前炮眼，每组炮眼分为两排施工，先施工1、3、5、7、9、11号炮眼，再施工2、4、6、8、10、12号炮眼，每排炮眼排距为3m（实验优化后的排距）。每个炮眼采用全长封孔的方式封堵；封堵过程中，先封堵2m黄土，之后紧跟2袋马丽散封孔袋，再封堵黄土至孔口3m时，紧跟2袋马丽散封孔袋，然后将炮眼封满。炮眼爆破位置控制在距工作面煤壁10～15m范围内进行起爆。为了保护巷道增加爆破后的安全系数，工作面B6巷留设了4m的护巷煤柱，B3巷留设了6.6m的护巷煤柱，护顶高度为3m，如图1所示：

图1 东三+541B3+6综采工作面超前支护段松动爆破示意图

起爆方式采用正向起爆，B6巷每组12炮眼分两次起爆，起爆前将超前支护段进行检查，所有人员撤至北巷自爆破点200m以外顶板支护完好处起爆，放炮警戒距离要求直线距离不少于200m，拐弯达到150m。每组超前预裂爆破孔放炮结束后，对该组炮孔爆破效果进行评价分析，并及时对工艺调整、修正参数。

该工艺通过现场实际表明，顶煤弱化达到了预期的效果，大块率低，有利于架后放煤；超前工作面在顺槽施工钻孔爆破实现了综采工序平行作业，保证了工作面正规循环作业和连续生产，机械化程度得到了提高，减轻了工人劳动强度；吨煤成本也大幅降低，提高了矿井生产效益。

2.2 经济效益

急倾斜综放工作面采用超前预裂爆破顶煤弱化工艺，炸药消耗量见表1：

表1 工作面炮孔及装药量参数表

从表1可以看出，超前预裂爆破顶煤弱化工艺吨煤炸药消耗量为0.5kg/t。经过多次参数调整，吨煤炸药消耗量大大减少，工艺继续优化后，工作面可以连续生产，产量得到了提高，大大增加了礦井效益。

2.3 安全性

超前预裂爆破顶煤弱化工艺是在皮带运输巷中施工，不仅可以保证工作面连续生产，工艺优化后，机械化程度得到了提高，减轻了工人劳动强度，提高了作业安全性。矿井以前采用的顶煤弱化工艺需要综采工作面停止生产才能进行施工，影响了工作面的正常生产，且工艺施工过程中，由于是在工作面进行作业，作业危险性比较高，大大增加了生产隐患。

2.4 改进措施

2.4.1 超前预裂爆破顶煤弱化工艺在施工钻孔过程中，由于受钻机和钻杆自身重力影响，钻杆存在跑偏现象，造成爆破效果不能够满足生产要求。目前，现场实际采用测控仪对钻孔进行施工验收，以此来提高施工钻孔精度，以期望能完全杜绝钻孔跑偏现象。

2.4.2 目前超前预裂爆破顶煤弱化工艺爆破效果的好坏和钻孔的封孔技术有着至关重要的关联，普通的封孔材料黄土炮泥无法完全满足技术要求，现场实际大量采用了马丽散封孔袋（由巴斯夫浩珂矿业化学（中国）有限公司生产的马丽散封孔袋，每袋410g）进行封孔，极大地提高了炮孔利用率和爆破效果。

3 结语

自从碱沟煤矿采用超前预裂爆破顶煤弱化工艺并改变了炮孔封孔工艺（使用马丽散封孔袋封孔）后，吨煤成本减少，大大节约了生产成本，增加了矿井生产效益。该工艺机械化程度高，减轻了工人劳动强度，提高了作业安全性，使得工作面可以连续生产，有效保证了矿井安全高效生产。

参考文献

[1] 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室.碱沟煤矿急倾斜煤层综放开采顶煤超前预爆弱化技术[S].2010.

作者简介：胡明军（1973-），男，新疆乌鲁木齐人，神华新疆能源有限责任公司碱沟煤矿副矿长，工程师，研究方向：煤矿急倾斜综放开采技术。