深孔预裂爆破技术在冲击地压防治中的实践及应用.pdf

度2057．8m，工作面标高⋯640东部较小，一般在⋯400目前回采的六采区、十六采区采深普遍在⋯660深孔预裂爆破技术在冲击地压防治中的实践及应用击童瞧晨纠．技2007年冲击地压防治专刊29张广文，郭建泉。郑有雷(济宁三号煤矿，山东海宁272169)摘要针对厚层竖硬顶板是引发冲击地压的根本内在因素，通过研究混装炸药车和适用乳化炸药，实现了井工煤矿上行中小直径爆破孔连续机械化耦合装药和自动压风炮泥封孔器连续封孔进行深孔预裂爆破，大大提高了施工速度和预裂爆破效果，有效预防了冲击地压的发生。该项技术和工艺还可以在煤与瓦斯突出防治、瓦斯抽放、工作面过断层、提高煤炭回收率、改善坚硬顶板条件肇方面进行广泛推广和应用。关键词混装炸药车乳肢基质机械化连续耦合装药济宁三号煤矿是一座年设计生产能力500万t的特大型现代化矿井，始建于1993年12月19日，2000年12月28日正式投产。井田走向长8一lOkm，倾斜宽10—13k．m，井田面积110hn2。矿井目前主采3下煤层，平均厚度5．29m，煤层埋深500rn左右，向西采深逐渐递增，720m左右。煤层顶板以由砂岩及粉细砂岩为主，厚0．镐．60．OOm，底板多为粉细砂岩及砂质泥岩。井田东西两侧分别为南北向区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，受此区域性断裂控制影响，井田内南北向断层较多，构造复杂。矿井为低瓦斯矿井。1深孔预裂爆破问题的提出6303工作面概况6303工作面位于六采区中部，工作面长239．8m，推进长690m，地面标高一33．3一一34．6m。工作面回采3下煤层，煤厚平均4．75m。老顶为中砂岩，致密坚硬，f=8～lO，平均厚20．51m，南部厚度较大，普遍在30m左右。工作面东临6302采空区，西临尚未回采的6304工作面。工作面采用练采放顶煤工艺生产，全部垮落法管理顶板，采高3±0．1m，截深0．8m，放煤高度1．75m，采放比1：0．58。工作面辅顺为沿空顺槽，与6302采空区留4m煤柱。6303工作面冲击地压显现规律及原因根据统计，6303工作面冲击地压具有明显的规律性，冲击地压大多发生在工作面周期来压时，且每2～3个周期来压出现一次大的冲击，说明冲击地压与煤层上方厚层坚硬砂岩顶板活动关系密切。经专家分析，6303工作面冲击地压属顶板重力性型，煤层上方厚30m左右的坚硬中砂岩起主导作用：一方面6303辅顺临近的6302采空区老顶断裂不充分，另一方面6303工作面采空区后方顶板悬顶距离较长，从而形成了一个大的悬臂梁结构，在其缓慢下沉过程中积聚了大量的弹性能量，也使岩层下方煤体积聚了较高的应力，悬臂梁的突然折断垮落形成强烈震动，引发冲击地压。1．3深孔预裂爆破防治6303工作面冲击地压的可行性鉴于上述原因，要从根本上治理6303工作面冲击地压，必须对煤层上覆厚层坚硬砂岩顶板进行处理，破坏其完整性、人为改变垮落步距。深孔预裂爆破技术通过对上位坚硬厚层顶板岩层进行预裂爆破，在岩体内形成大量次生裂隙，促使坚硬顶板在工作面后方悬露到一定的距离后自行断裂垮落，减少弹性能量的聚积，从而实现从源头上预防冲击地压的目的，理论上是可行的。2深孔预裂爆破技术现场应用情况2．1深孔预裂爆破应用现状预裂爆破技术目前广泛应用于露天矿和非煤矿山开采。但传统的中小直径炮孔装药均采用人工装药，人工装填炮泥。由于采用不耦合装药，爆破效果差，装药、封孔劳动强度大、速度慢、效率低下，尤其在深孔、大装药量爆破中，现场实施难度较大，元法广泛推广应用。八十年代以来，我国一些大型露天矿山先后从国外引进了混装炸药车，国内一些厂家也先后研制了不同型号的混装炸药车。使用实践表明，采用混装炸药车，促进了露天矿山和非煤矿山爆破工艺的改革，减轻了劳动强度，提高了机械化水平。但目前为止，混装炸药车仅仅局限应用于露天矿和非煤矿山中水平钻孔和下行钻孔装药爆破施工，上行钻孔采用混装炸药车装药还未进行过尝试，井工煤矿混装炸药车的使用更无先例。2．2现有技术在上行孔深孔预裂爆破中存在的问题采用混装炸药车实现上行深孔预裂爆破，必须解决如下问题：(1)实现高粘度物料在小直径软管内的长距离输送；(2)确保乳胶基质在上行孔内滞留，而不外溢；(3)实现在上行爆破孔内任意位置输送乳胶基质；(4)将起爆药包送到爆破孔孔底位置并固定不下滑。2．3技术研究与开发2．3．1水环系统的研制要将高粘度的乳胶基质装填入炮孔，必须解决乳胶基质在输送管内长距离输送问题。乳胶基质输送的阻力来自于乳胶基质与输送管内壁之间的摩擦阻力。它与二者之间的接触面积有关，接触面积越大阻力越大、输送距离越长阻力越大。另外还与被输送物料的粘度有关，粘度大，阻力也大。这两点正是高粘度物料难以输送的本质原因。如果在乳胶基质与软管内壁之间有一层水膜将会使输送阻力大大降低，使乳胶基质易于输送。这就是乳胶基质