小直径药卷爆破技术在炮采工作面的应用研究

胡坤伦1,陶　林2,颜事龙1

(11安徽理工大学,安徽淮南　232001;21煤炭科学研究总院爆破技术研究所,安徽淮北　235039)

摘　要:根据炸药爆炸理论、钻孔原理,对炮采工作面使用小直径药卷爆破技术的合理爆破参数进行研究。结合实例对试验结果进行分析,阐述了使用该技术的优越性。

关键词:炮采工作面;小直径药卷;爆破参数

中图分类号:TD23514　　　文献标识码:B　　　文章编号:0253-2336(2002)11-0010-03 R esearch on application of small diameter cartridge blasting

technology for coal drilling and blasting face

HU Kun2lun1,TAO Lin2,YAN Shi2long1

(11A nhui U niversity of Science and Technology,Huai nan　232001,Chi na;

21Research Instit ute of Blasti ng Technology,Chi na Coal Research Instit ute,Huaibei　235039,Chi na)

1　概　　述

　　爆破采煤在我国煤炭生产中仍占有很大的比重,特别是大批的中小煤矿和地方煤矿,炮采仍是主要采煤的手段。传统炮采方法是使用112～115 kW煤电钻、 38～40mm麻花钻杆、 42～43mm 旋转切削型钻头钻眼,使用 32～35mm煤矿许用炸药进行爆破的钻爆法工艺。这种钻爆工艺,使装药量相对集中,炸药能量集中释放,不利于顶底板的稳定;所使用的钻杆较重,钻眼速度较慢,工序占用时间较长;爆落的煤较碎,块煤率低。为改进这种爆破工艺,提高爆破效果,使用 27mm小直径药卷,结合微差爆破技术,对采煤工作面的爆破采煤方法进行了研究,并取得了较好的效果。

2　小直径药卷爆破采煤的可行性研究

211　使用小直径药卷的依据

　　从炸药在介质中爆炸作用原理可以知道,炸药爆炸对介质的破坏作用与装药直径有关,装药直径越大,炸药爆炸时所形成的破碎圈越大。另外,炸药的爆炸性能与装药直径有着密切的关系,对于工业炸药在大于临界直径情况下,炸药的爆速、殉爆距离等爆炸性能随装药直径的减少而降低。对于煤这样比较软的爆破介质,破碎时所需要的能量相对较低;如果能量较高,一方面使煤体过度破碎,造成能量浪费,另一方面,也会增加煤的抛掷,并增加爆破时对顶底的振动危害。采用小直径药卷后,使炸药在轴向分布更加合理,爆破时会显著减弱煤体的抛掷作用,有效地利用炸药的能量,减轻爆破造成的危害。因此,在炮采工作面使用小直径药卷爆破技术是可行的。

212　使用小直径钻机具的理论分析

　　当钻头直径为43mm时,钻削面积为1452 mm2;当钻头直径34mm时,其钻削面积为908 mm2;两者相比较,钻削面积减少3715%。在钻孔动力和钻孔方式不变的情况下,钻削面积越小,所受的阻力越小,钻进速度就会越快,使用RZZ 软岩钻杆,其质量变轻(由3145kg/m减少到1155kg/m),工人更容易操作,能够减少定位、开口时间,这样也会提高钻进速度。因此,采用小直径钻孔,从理论上分析会明显提高钻进速度。213　钻具的选取

　　爆破采煤常用的钻孔机具为112～115kW煤电钻,钻杆是由菱形断面的碳素钢扭结而成的麻花钻杆,其直径为38～40mm,质量为3145kg/m;使用的钻头是直径为42～43mm旋转切削钻头。这种钻具钻下的煤粉沿钻杆麻花向外排出,钻头与钻杆由对接孔铁丝缠绕连接。若降低钻杆直径,其转动扭力强度就会显著降低,因此,麻花钻杆不易改成小直径钻杆。为此,选用了专利产品RZZ软岩钻杆,这种钻杆为钢带缠绕式,其内为壁厚3 mm、外径18mm的无缝钢管,外缠615mm高的

01特殊钢带,钻杆的最大外径为31mm,钻头直径为33～34mm,钻头与钻杆由插孔卡豆式自行连接,根据钻孔深度可以连接成不同长度的钻杆。该种钻具钻下的煤粉由钻杆外缠钢带自行排出,也可从钻杆中间注水排粉,并起到降尘的作用。这种钻具与麻花钻杆相比具有重量轻(重量减少55%)、钻进速度快、耐磨耐用、钻头与钻杆连接方便、钻头不易丢失、具有良好的通水降尘效果。

214　爆破器材的选取

　　煤矿井下爆破作业不同于露天或其他矿山爆破,尤其在采煤工作面存在着爆炸性物质———瓦斯和煤尘,因此选用的爆破器材必须与矿井的瓦斯等级相适应。常用的煤矿许用炸药品种有铵梯炸药、乳化炸药和水胶炸药3大类,通过试验研究,乳化炸药和水胶炸药可以制成安全等级达到要求,并且能够稳定爆轰的 27mm小直径药卷。在这次采煤工作面爆破试验时选用的是 27mm二级煤矿许用小直径乳化炸药。

3　小直径药卷爆破采煤应用实例

311　试验工作面条件

　　试验工作面为兖州矿区杨村煤矿采三区3708工作面,该工作面开采17号煤层。走向长度667 m;倾斜长度92～116m,平均100m;煤层厚度019～111m,平均0198m;煤层倾角平均12°,煤层结构简单,赋存稳定;煤种为气肥煤,煤层中有透镜状或串珠状黄铁矿结核;工作面内有5条小断层,落差015～018m,煤层普氏系数f=111;煤层具有自然发火倾向,煤尘爆炸指数为42130%～43120%;为低瓦斯矿井。煤层顶板为生物灰岩,局部相变为粉砂岩,平均厚度115m,其上为泥岩;底版为泥岩和粉砂岩,厚度415m。

　　采用走向长壁单一煤层开采,区内后退式,爆破采煤一次采全高的采煤方法。使用DZG-08、10、12型单体液压支柱,HDJA-1000型和HDJB 型金属交接顶梁支护顶板。采用弯曲下沉和垮落法管理顶板。打眼机具为MZ-12煤电钻、RZZ小直径软岩钻杆、钻头,SGW-55型刮板输送机运煤。选用直径27mm新RMⅡ小直径煤矿许用乳化炸药、煤矿许用5段毫秒延期电雷管。

312　爆破方案设计

　　根据试验工作煤层厚度、煤的硬度、顶底板整体性好和较为粘顶的具体条件,参考原来使用大直

径药卷(2号煤矿铵梯炸药,直径35mm)炮眼布置方式及其参数,结合小直径药卷的爆破特点和微差爆破的作用原理,确定小直径药卷爆破采煤炮眼布置方式和爆破参数如下:

31211　炮眼布置方式

　　炮眼布置方式依据煤层顶板及粘顶情况有两种:当顶板为灰岩且粘顶较重时,采用“三花眼”布置形式;当顶板变为泥岩和粉砂岩时,则采用“三角眼”布置。如图1所示

。

图1　炮眼布置与起爆顺序示意

1～5———起爆顺序

31212　爆破参数

　　炮眼间距:当采用“三花眼”布置时,顶、底眼间距均为111～112m;当采用“三角眼”布置时,顶眼间距为212～214m,底眼间距为111～112m。由于支护采用的交接顶梁长为1m,即支柱排距为1m,决定了工作面循环进尺为1m,因此,炮眼深度为1～111m。所有顶眼仰角为5°,距离顶板012m;底眼俯角为5～7°,距离底板013 m。装药量:顶眼220～335g/孔,底眼335～405 g/孔。起爆时沿工作面下部往上部依次起爆,毫秒雷管的排列顺序应以先爆破底眼,后爆破顶眼为原则,每次起爆1～2组炮孔,起爆长度为5～10m。网路采用串联方式。爆破参数见表1,工作面主要技术经济指标见表2。

313　效果及分析

　　试验表明,使用直径27mm二级煤矿许用乳

11化炸药进行小直径爆破落煤,具有如下优点:

(1)钻进速度快,节约钻眼工序时间。如前所述,RZZ小直径钻机具,具有钻削量小,阻力小,钻进速度明显提高;钻杆轻,操作方便,炮眼定位、开口时间短,从现场观测数据可以看出,综合钻进速度提高15%～30%。

表1　工作面爆破参数

炮眼名称眼深

/m

眼距

/m

距顶板

距离/m

装药量

/g・孔-1

起爆

方式

一次起爆

长度/m

顶眼110～111111～214012220～335串联<10底眼110～111111～112013335～405串联<10

表2　工作面主要技术经济指标

名称炮眼深

度/m

循环进

尺/m

回采效率

/t・工-1

循环采

煤量/t

循环装

药量/kg

循环雷管

用量/发

指标110～111110211385812206

(2)使爆堆更加合理,减少了攉煤工作时间,降低了工人的劳动强度。采用小直径药卷爆破技术后,减弱了爆破抛掷作用,使爆堆集中,爆破落的煤炭80%以上就地堆积,这就减少工人攉煤和清理时间。攉煤量的减少,也使工人的劳动强度大大降低。

(3)提高了工作面的单产和效率。由于钻孔时间、攉煤时间的缩短,加上采用微差爆破技术,使放炮时间缩短,因此保证了正规循环的正常进行,有的小班实现了双循环。这些都为提高炮采工作面单产提供了有利条件。试验前后4个月的统计数字表明,试验后较试验前工作面单产提高12%,每工效率提高14%。

(4)减少了爆破振动,有利于顶底板的稳定。由于所使用的炸药药卷直径变小,炸药能量分布较为均匀,炸药爆炸对顶底板的振动作用减少,有利于顶底板的稳定,减少了冒顶事故的发生。

(5)炸药的性能优越,安全等级高,爆破效果好。乳化炸药具有良好的爆炸性能,爆破效果好,安全等级高,抗水性能强,可塑性好,爆炸后有毒气体含量少,因此,采用乳化炸药很受现场工人的欢迎。另外,采用二级煤矿乳化炸药,较之原来使用的2号煤矿铵梯炸药高一个安全等级,这对于防止煤矿瓦斯煤尘爆炸事故,确保安全生产具有重要的意义。

(6)降低了炸药单耗,提高了块煤率。由于在采煤工作面使用小直径药卷爆破,结合微差爆破技术,可以不增加或减少装药长度,而达到较好的爆破效果,因此炸药单耗降低。同时由于药卷直径变小,使炸药爆炸时产生的破碎半径减小,这样有利于块煤的产生,提高煤矿的经济效益。

　　采用小直径药卷爆破,具有较好的爆破效果,但爆破效果的好坏主要取决于爆破参数的合理选取和施工质量,因此必须严格按照煤矿安全规程进行施工外,还必须按照《爆破作业图表》进行炮眼的布置、装药。在遇到顶板破碎时,应及时调整爆破参数。需要说明的是,RZZ软岩钻杆尽管能提高钻眼速度,但是与理论值尚有一定的差距,钻杆的螺纹、螺距等参数需要进一步优化,尚需增加排粉能力,减少钢带与孔壁的摩擦阻力。

参考文献:

[1]　王文龙1钻眼爆破[M]1北京:煤炭工业出版社,191

[2]　王廷武1地面与地下工程控制爆破[M]1北京:煤炭工业

出版社,19901

　　作者简介:胡坤伦(1962-),男,安徽蒙城人,高级工程师,现从事爆炸技术的教学和研究工作。

收稿日期:2002-06-08;责任编辑:李军涛

(上接第45页)

的安全可靠性。

(4)T K200系统带有完善的胶带保护功能,可在胶带出现各种故障后进行报警和停机,能够保证设备安全正常运转。

(5)T K200通信、控制及保护系统首次应用于综掘工作面,经试验,完全能够满足综掘工作面的需要。

　　作者简介:韩纪志(1962-),男,山东济宁人,高级工程师,现任兖矿集团有限公司兴隆庄煤矿副总工程师,主要从事综机设备的技术管理工作。

收稿日期:2002-06-08;责任编辑:许升阳

21