1101工作面顶煤预裂爆破参数研究

王 银

(山西煤炭进出口集团 蒲县豹子沟煤业有限公司，山西 临汾 041204)

1101工作面顶煤预裂爆破参数研究

王 银

(山西煤炭进出口集团 蒲县豹子沟煤业有限公司，山西 临汾 041204)

针对1101工作面综放开采过程中顶煤冒放性差的问题，采用顶煤预裂爆破的方式，增加顶煤的裂隙度。通过计算工作面爆破的合理参数，确定合理的工作面顶煤爆破方案，使顶煤强度和顶煤冒放时的块度明显减小，冒放性得到增强，资源回收率显著增长。研究表明顶煤预裂爆破的方式是提高综放开采顶煤冒放性的有效办法。

综放开采；坚硬顶煤；预裂爆破；爆破参数

综采放顶煤采煤法由于其适用性强、效率高、巷道掘进率低以及工作面搬家倒面次数少等优势，已经成为我国厚煤层开采的首选采煤方法[1-2]。某矿1101工作面煤层坚硬且裂隙不发育，因此需要采取有效措施降低煤层强度，增加煤层冒放性[3-4]。

1 工作面开采条件

1101工作面埋深200 m～300 m，煤厚8.27 m～23.50 m，平均煤厚12 m，煤层结构简单；顶板岩性为泥岩；工作面采用后退式开采，走向长度1 300 m，倾向长度70 m；采用放顶煤采煤法；设计机采高度3.0 m，放煤高度9.0 m，采放比为1∶3。

2 坚硬顶煤概况

1101工作面煤层，其硬度系数预计为f=2.5～3，即煤体的单向抗压强度为25 MPa～30 MPa。工作面超前支承压力：

σ=kγH.

(1)

式中：σ为超前应力，MPa；k为工作面支承压力集中系数，取2.5；γ为岩石容重，取25 kN/m3；H为工作面埋深，250 m。

代入参数计算得工作面最大集中压力峰值为15.625 MPa。

可见，仅靠支承压力不能使顶煤破碎，不能实现预期的放煤效果，特别是在工作面初采期间支承压力没有达到最大值之前，效果更差。工作面生产过程中发现由于煤体硬度大，放顶时大块产生率高，大块煤体容易堵住放煤口，使顶煤难以冒落，造成顶煤回收率低。为此，必须对顶煤进行预裂爆破技术，以期对顶煤进行弱化处理，提高放煤效果。

3 爆破方案设计

3.1工艺巷布置

参照硫磺沟煤矿坚硬顶煤预裂爆破的经验可知，在实施顶煤爆破时，可以专门开掘施工专用工艺巷。1101工作面在顶煤中距煤层顶板下方1 m布置1条专用爆破工艺巷。为控制顶煤初垮并提高初采阶段顶煤采出率，在顶煤内距切眼5 m～20 m远处就开始布置炮孔爆破。

3.2爆破参数选择

3.2.1装药结构

采用不耦合连续装药。

3.2.2超前起爆距离与起爆方式

坚硬顶煤工作面支承压力峰值约位于煤壁前方6 m～8 m，支承压力超前影响范围约30 m左右。因此，合理的预先爆破弱化超前距离应为35 m以上，实际可取35 m～40 m。采用电雷管和导爆索正向起爆方式。

3.2.3封孔长度与一次最大起爆炸药量

1)排孔炸药消耗量

Qp=CLpK(1+b) .

(2)

式中:Qp为排孔消耗炸药量，kg；C为线装药密度，kg/m，暂取3.0 kg/m；Lp为排孔孔深总长度，m，暂取158 m；K为排孔装药系数，K=L2/L(L2为排孔总装药段长度，L为排孔总长度)，按照经验每个封孔长度暂取6.0 m，则K暂取0.8；b为装药过程中炸药总损失率，一般取5%～10%，暂取7.5%。

代入参数计算Qp=480 kg .

2)一次起爆最大炸药消耗量

(3)

式中:Qmax为一次起爆最大炸药消耗量，kg；R为巷道壁距离药包几何中心距离，m，暂取17.5m；v为巷道壁质点允许运动速度，cm/s，取20cm/s。

代入参数计算Qmax=859 kg .

考虑到爆破对巷道的破坏作用，取1.5的安全系数。此时，一次允许的最大起爆炸药消耗量为：

(4)

因此一次起爆最大炸药消耗量为573 kg。

3.2.4封孔长度

封孔长度Lf与孔深x的经验关系式为：

Lf=kf·1.276 3·x0.4663.

(5)

式中:kf为炸药种类系数，煤矿2号铵锑炸药取1.0，煤矿乳化炸药取1.1；x为孔深，m，暂取25 m。

代入参数计算封孔长度Lf=6.4 m。这与前面按照经验取值封孔长度6.0 m接近。

3.2.5顺槽侧安全隔离带宽度

根据现场经验暂取10 m，实际实施爆破过程中再进行调整。

3.2.6炮孔间距和排距

装药爆炸发生内部作用时，除形成爆炸空腔外，将自爆源中心向外依次形成压缩粉碎区、裂隙区和震动区。

1)粉碎区半径(Rc)。粉碎区半径一般为装药半径的2倍～3倍。即Rc=120 mm～180 mm。

2)裂隙区半径(Rp)。裂隙区半径一般为装药半径的10倍～15倍。即Rp=300 mm～450 mm。

3)炮孔排距b确定。炮孔排距根据经验一般取b=2 m～4 m，暂取3.0 m。

4)炮孔孔距确定。上层孔孔底距顶板距离：为保证控顶区工作面端面顶板(煤)稳定和防止发生架前冒顶，在顶煤下位要留设一定厚度的煤体不爆破，为减少矸石混入，上位也要留设一定厚度的煤体不爆破，一般取1.0 m～1.5 m，暂取1.0 m。下层孔孔底距底煤距离：下位顶煤破坏状况主要受支架反复支撑力的控制。为使工作面端面稳定，下位顶煤厚度应大于爆破破碎区半径Rp和支架反复支撑的破煤厚度,一般取0.8 m～1.5 m之间，暂取2.0 m。

5)孔口距及孔底距。孔口距根据巷道端面及施工技术取值0.4 m～0.7 m；孔底距取3.0 m；孔口及孔底距均可根据现场顶煤爆破效果再进行调整。

综上可知爆破具体参数为：

爆破器材：2号抗水型铵锑炸药、8号煤矿许用瞬发电雷管、FD/MFB-100型电容式发爆器。

药卷参数：密度ρ=1.02 g/cm3；线装药密度3.0 kg/m；不耦合装药系数1.25；药卷直径60 mm；药卷长度350 mm；每卷重1.0 kg。

炮孔参数：直径80 mm；孔长25 m～28 m；封孔长6.0 m～6.5 m；排距3.0 m；上层孔距顶板距1.0 m；下层孔距底煤距2.0 m；孔口距0.5 m；孔底距3.0 m。

顺槽侧安全隔离带宽度：10 m。

4 爆破效果

1)因为工艺巷布置在距顶板1 m位置，因此可有工艺巷测顶煤厚度，从而能根据顶煤厚度以及每天的煤炭产量确定顶煤回收率，统计得出爆破后工作面煤炭采出率达到80%以上。

2)由综放队放煤工人观察、统计大块顶煤堵住放煤口的次数，发现爆破后几乎不出现大块顶煤堵住放煤口的现象。

[1] 张立其,李志军.坚硬厚煤层综采放顶煤工艺巷预裂爆破开采技术[J].中国煤炭,2011,37(10):50-51.

ZHANG Liqi,LI Zhijun.Pre-split Blasting Mining Technique of Full-mechanized Caving Mining Technology Roadway in the Hard Thick Coal Seam[J].China Coal,2011,37(10):50-51.

[2] 王家臣.坚硬厚煤层顶煤预爆破参数研究[J].煤,2000,9(3):1-2.

WANG Jiachen.The Research on the Parameters of Blasting the Top-coal of Longwall Caving Technique in the Hard Thick Coal Seam[J].COAL,2000,9(3):1-2.

[3] 索永录.综放开采坚硬顶煤预先爆破弱化技术基础研究[D].西安：西安科技大学,2004.

[4] 谭云亮.井巷工程[M].北京：煤炭工业出版社,2007.

ParametersofPre-splittingBlastingofTopCoalonNo.1101WorkingFace

WANGYin

(BaozigouMiningCo.,Ltd.,ShanxiCoalImportandExportGroup,Linfen041204,China)

To improve the poor cavability of top coal in the fully-mechanized mining of No.1101 working face,pre-splitting blasting of the top coal was used to increase the fissure degree.We calculated rational blasting parameters to determining the pre-splitting blasting plan,which could decrease the top coal strength and lumpiness during the top coal caving,reinforce the top coal cavability,and increase the resource recovery rate.The results show that it is effective to improve the top coal cavability for the fully-mechanized mining by the pre-splitting blasting.

fully-mechanized mining; hard roof; pre-splitting blasting; blasting parameters

1672-5050(2017)04-0014-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.005

2017-05-08

王银(1987-)，男，山西浑源人，大学本科，助理工程师，从事煤炭生产技术工作。

TD823

A

(编辑：樊 敏)