无声破碎剂在采煤工作面过陷落柱中的应用

安彦海

(1.太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024；2.山西寿阳段王集团 友众煤业有限公司，山西 晋中 045400)

1 工程概况

山西寿阳段王集团友众煤业有限公司设计生产能力60万t/a，其回采的6#煤层60102W工作面长180 m、煤层平均厚度1.8 m、平均坡度16°，上距4#煤层0.8 m～1.0 m，工作面陷落柱发育、顶板破碎、煤壁松软。60102W工作面推采至52 m位置时遇X48#陷落柱，陷落柱形状近圆形，长轴长35 m、短轴长30 m，工作面揭露部分岩石较硬、采煤机直接推采较为困难，顶板有轻微淋水、煤矸混杂互层、岩石较软，使用炸药松动爆破极易造成顶板漏顶，为杜绝漏顶事故发生，公司决定使用HSCA高效无声破碎剂代替炸药进行松动爆破[1]。60102W工作面剖面图,见图1。

2 高效无声破碎剂介绍

高效无声破碎剂(又称HSCA)，是一种粉状的不属易燃、易爆物品的袋装无机材料，具有破碎物体时不产生震动、噪音、飞石、粉尘及有毒气体等优点，且运输保管安全可靠、使用方便，广泛应用于混凝土和钢筋凝土构筑物的拆迁、城市大型混凝土基础拆除、水利、桥墩及隧道等需进行静态破碎施工的工程。其类型及技术性能指标如表1所示[2-4]。

图1 60102W工作面剖面图Fig.1 Profile map of 60102W working face

表1 HSCA高效无声破碎剂类型及技术性能指标Table 1 Types and technical performance indicators of HSCA soundless cracking agents

考虑到友众煤矿井下温度为10℃～15℃，符合HSCA-Ⅲ型无声破碎剂适应环境温度，因此选用HSCA-Ⅲ型无声破碎剂用于60102W工作面过陷落柱期间的岩石松动。

为保证HSCA-Ⅲ型破碎剂有充足的反应时间、充分发挥膨胀作用，现场采用夜班打眼装药、早班检修、中班推采的方式，确保反应时间不低于8 h。

在实际施工中，将HSCA-Ⅲ型无声破碎剂加水搅拌成干稠的胶泥状，人工捏成长条状装入钻孔中，经不低于8 h的反应后，完成岩石松动。

3 施工工艺

因X48#陷落柱岩石硬度变化较大，为保证松动效果，需根据现场岩石硬度调整钻孔排间距，钻孔排距调整范围为0.4 m～0.5 m，孔距调整范围为0.3 m～0.4 m。现场采用7665M系列风钻打眼，钻孔直径42 mm，孔深1.5 m，装药深度1.2 m，孔口使用黄泥封堵。钻孔采用“五花眼”布置、中孔打眼不装药方式。60102W工作面钻孔布置图,见图2。

图2 60102W工作面钻孔布置图Fig.2 Layout of boreholes on 60102W working face

高效无声破碎剂破碎岩石施工步骤如下：

1)钻孔。严格按照设计的钻孔孔位钻孔，为提高松动效果，除顶眼外，钻孔在垂直面上向底板方向保持10°～20°的俯角；为提高松动效果、增加自由面，钻孔与煤壁的水平夹角保持在40°～60°，所有钻孔施工完成后，清除钻孔内的积水及岩粉等杂物。

2)搅拌。HSCA-Ⅲ型破碎剂与水的最佳重量比为28%～35%，受井下条件限制，钻孔与水平面夹角较小，制成浆状时灌孔较为困难，根据现场配比试验，将HSCA-Ⅲ型破碎剂与水的重量比控制在20%～25%左右，搅拌成干稠的胶泥状。搅拌方法为：先将1 kg～1.25 kg的水倒入容器内，然后加入1袋(5 kg)破碎剂，使用手持式风动帮锚杆钻机带动自制机械手进行搅拌。

3)装药。为缩短装药时间，现场采用3组人同时装药的方式。装药组每组3人，一人负责将搅拌好的药剂搓成长10 cm、直径30 mm的块状，一人负责传递搓好的药剂，一人负责装药并捣实。各小组采用“同步操作、少拌勤装”的方式缩短装药时间。装药完成后，使用黄泥将钻孔封实，黄泥封口深度0.3 m。

因药剂在常温下，5 min～10 min之内即开始发生反应，故从药剂加水搅拌直到装药结束，整个过程时间不得超过5 min。

4)养护。受井下条件限制，制备药剂时加入清水的比例低于药剂最佳重量比，为支持药剂持续反应，在装药结束后，应每隔1 h，使用水管远距离向未装药的钻孔中注水、向煤壁喷水，以待岩石裂缝后，水分渗入药剂继续反应，提高破裂效果。

4 安全注意事项

1)HSCA破碎剂碱性和腐蚀性较强，施工人员必须做好个人防护，戴好防护眼镜和耐腐蚀橡胶手套，现场应备清水，冲孔时药剂如果不慎溅入眼内或皮肤上，应立即用清水冲洗。

2)HSCA破碎剂在储存和运输过程中必须做好防潮工作，开封后应立即使用，避免药剂失效。因井下空气较为潮湿，HSCA破碎剂必须随入井随使用，严禁在井下长时间储存。

3)破碎剂装填完毕后，在反应时间内，严禁闲杂人员靠近煤壁，防止煤壁大块煤矸掉落伤人。

4)在药剂灌入钻孔到岩石开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔，以防岩渣或破碎剂喷出，伤害眼睛。

5 结束语

HSCA破碎剂通常用于地面大型混凝土基础拆除，水利、桥墩、隧道等不适宜使用爆破施工的条件下，属非易燃易爆危险品，运输、保管、使用都十分方便。它在破碎物体时，不产生火花、震动、有害气体；在高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井、顶板破碎等条件下，可避免瓦斯爆炸、震动造成瓦斯突出，爆破造成顶板漏顶等事故发生。在采煤工作面过陷落柱中使用HSCA破碎剂，提高了现场顶板管理水平，改善了工作面文明生产条件，杜绝了漏顶事故的发生，取得了较好的成效，提供了新的经验。