浅谈综采工作面超前深孔预裂爆破后一氧化碳管控措施的研究

浅谈综采工作面超前深孔预裂爆破后一氧化碳管控措施的研究

张化忠 石更军

新疆焦煤（集团）有限责任公司 新疆乌鲁木齐市  830025

摘要：随着我国煤矿开采深度的不断加大,所面临着安全隐患问题也越来越复杂,其中在煤矿开采过程中经常会遇到综采工作面回采后采空区顶板无法垮落，造成采空区悬顶、瓦斯超限等问题。因此,通过引入运输、回风两巷深孔预裂爆破技术方法,可以有效解决这一问题所产生的影响。

关键词：综采工作面   超前预裂爆破   有毒有害气体  一氧化碳

引言

针对1930煤矿12801综采工作面采空区坚硬顶板，工作面在回采过程中，由于顶板坚硬岩石抵抗破坏的极限强度很大，随着工作面的推进，造成采空区悬顶面积不断扩大，当悬顶瞬间垮落时，造成上隅角瓦斯增大和冲击波，并爆破超前预裂钻孔时产生的有毒有害气体，造成工作面回风流、采区回风巷内等一氧化碳传感器超限，结合矿井实际情况，探索如何管控综采工作面超前深预裂爆破后一氧化碳超限的问题。

一、采煤工作面概况

1、工作面位置、范围

12801工作面布置在1930煤矿二采区+1930m-+2020m水平之间的8号煤层中，属二采区8号煤层西翼的第1个阶段工作面。二采区12801回风巷走向长度为：1328m，运输巷走向长度为1640m，工作面煤层平均倾角为27°。

2、煤层情况

煤层情况：8号煤层顶板岩性为粉砂岩、灰白色含砾砂岩，饱和状态下单向抗压强度50Mpa，天然状态下单向抗拉强度4.84Mpa，天然状态下抗剪强度29.3Mpa；底板以深灰色—灰黑色粉砂岩为主，饱和状态下单向抗压强度51.9Mpa，天然状态下单向抗拉强度4.37Mpa，天然状态下抗剪强度20.55Mpa；8#煤层结构简单-中等，条痕呈棕黑色，玻璃光泽，节理裂隙发育，脆度大，易破碎，煤层厚度为1.60m，煤层中间夹煤矸石或煤矸互层，厚度约为0.4-0.8m。8#煤层未做冲击地压倾向性鉴定；变质程度 ：8#煤层镜煤最大反射率为1.50%，其变质阶段属Ⅴ阶；8#煤层； 8#煤层与上部7号煤层间距49.86～85.56m，平均59.45m；与下部9#煤层间距55.40～80.47m，平均66.34m。

3、煤层及其顶底板

二采区12801工作面回采范围内8#煤层总厚1.6m，平均可采厚度1.6m，含1层夹矸，结构简单，属大部可采的较稳定煤层； 8号煤层顶板岩性为粉砂岩、灰白色含砾砂岩，厚度12m；底板直接底为碳质泥岩，厚度为0.61m，老底以深灰色—灰黑色中砂岩为主，厚度10.6m。

二、超前预裂钻孔设计

1、炮孔设计依据

（1）循环来压预爆孔间距确定：根据相关要求计算，工作面回采期间周期来压步距理论为12m；根据矿井地质资料得知，参照《二采区12801工作面地质说明书》中顶板岩性、饱和状态下单向抗压强度、天然状态下单向抗拉强度、天然状态下抗剪强度以及岩石的普氏系数，通过跟矿井原回采的4号、7号煤层顶板比对，12801工作面顶板岩性与4号、7号煤层顶板岩性相近，结合12801工作面两巷及切眼掘进时实际揭露的顶板岩性以及4号、7号工作面循环来压步距及工作面回采期间工作面采空区顶板垮落情况，故将12801工作面循环放顶炮孔循环步距为12m（相邻两组孔间增加1个端头孔），即形成“3”“1”、“3”“1”布孔方式，重点对工作面上、下端头顶板进行控制，从而实现工作面上、下端头随采随落。

（2）炮孔布置方式：工作面回风巷、运输巷超前预爆破孔采取工作面两巷扇形布孔方式，运输巷每组孔各布置1个老顶孔、1个端头孔、1个端头辅助孔及1个端头孔；回风巷每组孔布置各布置1个老顶孔、1个端头孔、1个端头辅助孔及1个端头孔。

2、炮孔终端高度确定

（1）针对老顶切断孔的顶端装药高度h上，以岩石爆破冒落后将采空区充填满为目的，根据岩石冒落后碎胀系数取1.3、工作面采高取1.5m，则：1.3×h上=1.5+ h上 ，h上=5m，考虑顶板岩层内淋水的影响及钻孔施工难度，回风巷老顶孔取h上=12m；运输巷老顶孔取h上=12m

（2）针对端头孔顶端装药高度h上，考虑顶板冒落后形成自然平衡拱的两端高度将低于老顶孔的处理高度，并考虑顶板岩层内淋水的影响，取h上=7m。

（3）针对端头辅助孔顶端装药高度h上，考虑顶板冒落后形成自然平衡拱的两端高度将低于老顶切断孔的处理高度，并考虑顶板岩层内淋水的影响，取h上=7m。

3、炮孔下端装药高度h下的确定

炮孔下端装药高度应保障炮孔爆破不影响回采工艺要求，保证工作面不漏顶、不片帮，保证炮孔有足够的充填堵塞长度，同时考虑目前顶板垮落的状况，根据上述原则确定如下：

（1）老顶孔下端装药高度取h下=8m（距煤层面）；（2）端头孔下端装药高度取h下=3.5m（距煤层面）；（3）端头辅助孔下端装药高度取h下=3.5m（距煤层面）；

4、炮孔长度确定及炮孔参数

（1）结合KBZ-120B型和1200型履带式钻机施工能力确定，运输巷老顶孔施工钻孔长度为90m；回风巷老顶孔长度为75m。（2）端头孔长度为24m；端头孔长度为18m。（3）端头辅助孔长度为24m。（4）结合上述确定参数，计算出工作面炮孔参数表如下：

三、采取的安全技术措施

1、装药堵孔结构

（1）装药结构：为保证起爆的可靠性，每一个炮孔的炸药串由两根导爆索起爆，主导爆索插入孔底第一个药卷，副导爆索插入距孔底4～5m处的药卷。导爆索插入药卷的长度不小于200mm，导爆索由毫秒延期电雷管引爆，每次只准起爆一个炮孔，同一炮孔内的雷管段别必须一致。

（2）封孔结构：为保障超前预爆破效果及防止爆炸气体外泄，炮孔的充填堵孔形式及质量至关重要。本工作面预爆破炮孔的堵孔结构采用塑—刚结构，即在充填堵孔段的前端采用充填黄土细砂等塑性材料，后端采用专用堵孔水泥，以保证爆炸气体不冲出孔口并对岩体产生持续的作用，充分利用炸药能量，提高超前预爆破效果。塑—刚结构的堵孔方式，前端充填的黄土细砂等塑性材料能够使爆炸应力波迅速衰减，同时随着自身被压缩密实，对爆炸气体的阻力也迅速提高；后端专用堵孔水泥是为了进一步加强对炮孔的封堵作用，彻底避免冲孔事故的发生，同时也有效的防止了出现空气冲击波及飞散物的危害。快速水泥（2m）→黄土(见上表起爆炮孔参数表)→快速水泥（3m）→孔口预留（1.5m)。

（3）中部充填的黄土细砂配比为：黄土：细沙：水=75：20：5，由封孔器输送至孔内。

综采工作面封孔示意图

2、调整工作面通风系统

调整综采工作面风量，由原来的600m3/min调整至1000m3/min。

3、增加抽放管路

12801回风巷安装一趟φ159mm低负压管路，运输巷安装一趟φ200m低负压聚乙烯管，用于工作面两巷超前预爆破期间抽放一氧化碳。综采工作面回风、运输两巷敷设瓦斯抽放管路，在深孔预裂爆破前开启瓦斯抽放管路进行抽放有毒有害气体。

4、孔口加装安全防护设施

在每个超前预裂爆破孔口加设1块废旧胶带（自制胶带尺寸：300mm×300mm×10mm）、方木（200mm×200mm×10mm）及托板（加工托板尺寸：300mm×300mm×20mm），托板四孔穿入孔口四周锚杆上，使用直径100mm×100mm托板和螺母将铁托板固定牢固，自制托板安装完成后，在自制托板上打设1棵单体柱，便于更好的管理爆孔爆破期间，孔内产生的高温高压气体对孔口预留段的冲击；孔口外封堵措施：废旧皮带→方木→自制托板→托板→螺母→紧固→打设1棵单体柱。

孔口措施图

四、取得效果

矿井按照新制定的封孔工艺对12801运输巷深孔进行了封孔，封孔后于当天白班进行了2次超前预裂爆破。第一次爆破期间乏风流经线路的中的一氧化碳传感器检测数据均为0ppm；第二次爆破期间乏风流经线路的中的一氧化碳传感器检测数据最大数据为1ppm。

五、结束语

通过新的封孔工艺的实施和增加工作面风量，解决了综采工作面深孔超前预裂爆破导致一氧化碳超限的问题，现场实际证明了所采取的措施可靠有效，为后期防止爆破造成一氧化碳超限奠定了基础。

参考文献：

[1]柯发宏. 深孔预裂爆破强制放顶技术在凉水井煤矿的应用[J]. 山东煤炭科技,2014(1):11-13. DOI:10.3969/j.issn.1005-2801.2014.009.

[2]李胜.浅谈大斜长综采工作面坚硬顶板控制技术[J].科技尚品, 2017(3):1.

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