新景矿80124综采工作面二氧化碳预裂爆破技术探析

毕 铁

（山西新景煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

新景矿80124综采工作面进风巷由于顶板比较坚硬随着工作面推进，进风巷顶板出现长距离不垮落，为避免长距离、大面积突然垮落，形成巨大的冲击载荷，使采空区的瓦斯大量涌出，造成瓦斯事故，为此决定在工作面进风巷采空区切顶密柱处进行了二氧化碳预裂爆破强制放顶等主要工作。

1 试验地点概况

15#煤西采区80124综采工作面位于525水平，地面标高860m～1050m，工作面标高432m～466m，埋藏深度为435m～575m。本工作面地表位于芦湖村和小龙山以东，候家山村西南，摩天脑及山神庙圪梁以西的山坡、山梁、沟谷地段，芦湖沟由本面西北部上方穿过。本工作面井下位于15#煤西区南翼西部，东为80123工作面（已采），

南为芦南进回风井，西为80125工作面（未采），北为525水平中条带大巷。本工作面走向长度为1143m，采长200m，可采储量为192万t。

2 二氧化碳预裂爆破技术说明

2.1 工作原理

首先将液态的二氧化碳装满致裂器的储液管，按下加热装置的按钮[1]，致裂器自带的加热装置会迅速加热并且产生大量的热能，这些热量会被储液管内的液态二氧化碳吸收，并且在短时间内大量气化使体积急速膨胀约600倍[2]，致裂管内部压力急剧升高，当管内的压力达到定压剪切片的预设强度值时，定压剪切片就会被破坏，高压气体从释放管喷出，利用瞬时产生的巨大推动力，沿着煤岩体的自然裂隙或者软弱结构面冲破物料，从而使煤岩体破裂[3]。致裂器的构成如图1所示。

图1 致裂器的构成

二氧化碳致裂器规格型号见表1。

表1 二氧化碳致裂器规格型号表

2.2 施工工艺

1）在检修班拉移完转载机后，在进行回柱的同时使用钻机在进风巷顶板由里向外施工3×3方形布置的炮眼，具体参数见表2。

表2 炮眼布置参数表

2）工艺流程为：检修班拉移转载机—→支设临时密柱（每米不少于2～3根）—→在合适位置稳固钻机进行钻孔—→钻孔成孔后送入致裂器 (安放导线)—→检查导通—→炮泥封孔 (孔口用木楔加强)—→当完成一排炮眼布置并由专人检查致裂器线路连接无误后，在临时密柱的掩护下回撤切顶密柱—→补齐临时密柱排（每米不少于4根）—→按照以上的循环方式进行作业，当密柱排移至新切顶线位置并且所有炮眼布置完毕后进行撤人设警戒—→三人连锁放炮—→起爆。

3）实际打眼情况。采用ZLJ850型号的钻机对进风巷顶板进行钻眼，钻头采用65mm合金钢钻头、成孔直径为70mm，钻孔施工情况见表3。

4）装药情况。工作面总共施工6个炮眼，其中有2个炮眼成孔失败，有效炮眼为4个，每个炮眼装填4根二氧化碳致裂器。

5）退锚、剪网情况。每个炮眼在所有工序都完成后，对打眼区域进行退锚、剪网。

表3 钻孔施工情况表

表4 高抽巷瓦斯浓度、抽放量放二氧化碳预裂炮前后对比

3 试验结果及分析

为了了解二氧化碳致裂器实施后对巷道中瓦斯浓度的影响情况，在预裂前后对高抽巷中的瓦斯浓度进行记录和观测，具体结果如表4所示。从表可以看出，高抽巷的瓦斯抽放情况没有受到放二氧化碳炮的影响。同时根据通风科提供的80124工作面上隅角瓦斯监测数据以及曲线可以得出：在二氧化碳预裂炮前后10日时间内，瓦斯浓度基本维持稳定，没有出现明显波动现象。

4 预裂爆破存在问题及改进措施

1）原二氧化碳致裂器需要内部导线与外部导线相互结合才能形成回路并且激发装置，由于钻孔内表面比较粗糙，使得二氧化碳致裂器在放入钻孔的过程中极易损伤甚至破坏外导线，造成激发回路断路，因此必须足够小心才能完成布放任务。使得二氧化碳致裂器在布放过程中费事费力，还严重影响强制放顶的效果。

改进措施：使用同心电极双路致裂器内走线来取代布设内外导线，这使得激发装置的双向回路导线都位于致裂器的内部，从而避免了往钻孔中布放装置是因外导线破坏而无法启动装置的问题。此外，一个同心电极可以同时连接多个致裂器，还可以快速激发电路，减少人工接线的繁琐，省时高效，安全可靠。

2）井下路线相对颠簸，在二氧化碳致裂器运输过程中难免会造成磕碰，而致裂器上的螺纹相对比较脆弱，轻微的磕碰可能造成螺纹的损坏，并且由于顶板淋水，钻孔中的煤泥随时可能堵塞激发电路，影响致裂器的正常使用，使得哑炮现象时有发生。

改进措施：在致裂器容易损坏和堵塞的地方增加螺纹尼龙护套，这可以保护致裂器在运输和使用过程中不被损坏，提高了致裂器的自身防护性能，增强了致裂器的实用性，更加符合矿井现场环境的要求。

3）在往常的试验中，一般采用炮泥加木楔的方式对炮眼进行封孔处理，这样经常使得致裂器与孔不能完全贴合，致裂器在发生爆破时因为封孔的不彻底，造成高压气体泄漏，使得爆破威力大大降低，强制放顶的效果受到极大的影响。

改进措施：为了能够满足强制放顶的要求同时适应现场的条件，对封孔器进行了专门的设计。利用膨胀螺栓的原理设计封孔器并且用相应的工具将其放入孔中，在封孔的同时使得致裂器被抱死。这样，致裂器在爆破时高压气体产生的爆破能量可以完全作用在顶板上，减少能量的散失，使得放顶效果达到最佳。

5 结 语

80124综采工作面进风巷二氧化碳预裂爆破技术试验可以满足新景矿安全生产强制放顶的要求。具体情况如下：

1）顶板垮落情况：在整个断面上顶板的垮落长度为2.0m，垮落高度达到2.8m，直接顶泥岩尚有少量留存。

2）顶部垮落的煤岩体完全将进风巷采空区填满，使得采空区瓦斯与工作面之间有效隔离，对采空区进行了良好的封堵。

3）随着工作面的不断推进，为了避免进风巷采空区再次出现长距离的悬顶现象，根据每天工作面推进3刀计算，每隔6～8天强制放顶一次。

4）采用二氧化碳致裂器强制放顶能够满足新景矿安全高效的回采的要求，既能有效对进风巷采空区进行封堵，又不会对工作面上隅角瓦斯含量产生明显影响，效果良好。