二氧化碳致裂器爆破技术在煤矿巷道掘进的实践.pdf

382019 年第 2 期 二氧化碳致裂器爆破技术在煤矿巷道掘进的实践 马海忠 大同煤矿集团朔州朔煤王坪煤电有限责任公司，山西 怀仁 038300 摘 要 王坪煤电有限责任公司在 303 盘区 2303 巷掘进过程中试验使用二氧化碳致裂器爆破作业工艺。结果表明二氧 化碳致裂器爆破不会产生有毒气体，而且可以有效地提高爆破的掘进效率，二氧化碳致裂器可回收利用，实现了煤矿巷道 安全高效的掘进。 关键词 掘进 二氧化碳 爆破 中图分类号 TD235.4 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.02.016 Practice of Carbon Dioxide Cracker Blasting Technology in Coal Mine Tunnel Driving Ma Hai-zhong Datong Coal Mine Group Shuozhou Coal Wangping Coal and Electricity Co., Ltd., Shanxi Huairen 038300 Abstract Wangping Coal and Electricity Co., Ltd. experimented with carbon dioxide cracker blasting technology during the excavation of 2303 roadway in 303 panel area. The results show that the carbon dioxide cracker blasting will not produce toxic gases, and can effectively improve the blasting excavation efficiency. The carbon dioxide cracker can be recycled to achieve safe and efficient coal mine roadway excavation. Key words driving carbon dioxide blasting 收稿日期 2018-07-19 作者简介 马海忠（1973-）, 男，2011 年毕业于中北大学电气 工程及其自动化专业，工程师，现就职于大同煤矿集团朔州朔煤 王坪煤电有限责任公司。 综合机械化掘进是目前掘进工作面的主要掘进 方式，但是过地质构造时，仍然需要通过爆破的方 式。由于受掘进工作面作业环境条件及炸药所固有 的危险性的影响，爆破的方式成为掘进过程中的不 安全因素。特别在高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井， 传统的爆破方式可能导致煤尘与瓦斯爆炸，给煤矿 的安全生产带来很大的危险 [1]。近年来发展的二氧 化碳爆破技术克服了传统爆破技术的缺点，保证了 矿山的安全高效开采。 1 303 盘区 2303 巷概况 303 盘区 2303 巷布置于 8煤层中，工作面标 高 11101112m。2303 巷位置 303 盘区北部，东部 为 303 盘区皮带巷、303 盘区轨道巷、303 盘区回 风巷，南部为备采工作面 8301 面。该巷所在煤层 及其上覆岩层水文地质条件中等，最大涌水量为 1.1m3/h, 正常涌水量为 0.1m3/h。2303 巷巷道规格为 3.7m3.4m，巷道沿煤层底板掘进，顶板采用锚杆 锚索钢带联合支护，巷道两帮采用锚杆皮带条塑料 网联合支护。煤层顶底板情况如表 1 所示。 表 1 煤层顶底板情况 煤层 顶底 板情 况 顶底板 名称 岩石名称厚度 /m岩性特征 物理力 学性质 老顶砂岩19.98 灰白色，以石英、 长石为主， 次圆状， 硅质胶结。 f6 直接顶 砂质泥岩8.3 深灰色， 含黄铁矿、 植物化石，中部夹 细砂岩。 f5 煤层6煤层6.67.0 黑色，光亮型，以 镜煤、亮煤组成。 f2 直接底 砂质泥岩1.76 浅灰色，含植物化 石，上部岩石滑动 面严重， 岩石破碎。 f5 经瓦斯签定矿井绝对瓦斯涌出量为 4.48m3/ min，相对瓦斯涌出量为 1.33m3/t，为低瓦斯矿井。 矿井所采煤层均有煤尘爆炸危险性，均为自燃煤层， 煤层自燃倾向等级为Ⅱ级，最短发火期为 6 个月。 2 二氧化碳致裂器 2.1 二氧化碳致裂器结构 二氧化碳致裂器主要由起爆头、加热装置、主 管、泄能片、密封垫、泄能头等六部分组成。二氧 化碳致裂器结构如图 1 所示。 392019 年第 2 期 图 1 二氧化碳致裂器结构图 2.2 工作原理 二氧化碳以液态形式存在时，要求温度在 31℃ 以下或者要求储存二氧化碳时的压力大于 7.2MPa， 而在温度 31℃以上时，无论二氧化碳受到的压力多 大，液态二氧化碳就会变为气体，利用二氧化碳的 这一物理特点 [2]，用液态二氧化碳把致裂器主管充 装，利用发爆器快速加热装置，使液态的二氧化碳 可以在一瞬间气化膨胀并且能产生高压，当高压压 力值能达到泄能片极限强度值（可设定压力）时， 定压泄能片破断，高压气体从泄能头释放，高压气 体作用在煤（岩）体上，从而达到爆破的目的。 2.3 爆破特点 二氧化碳致裂器爆破过程中不会产生火花、有 毒有害气体及哑炮，爆破威力及爆破方向可控，不 会产生大的震动波，减少了诱发瓦斯突出的机率。 2.4 工作条件 致裂器在下列条件下应能正常工作。 （1）温度0℃～ 40℃； （2）平均相对湿度≤ 95（＋ 25℃）； （3）大气压力80106kPa； （4）允许在有甲烷、煤尘爆炸性混合物的危 险环境中使用； （5）矿山采掘工作场所及各种需要爆破的场所。 3 二氧化碳爆破方案 3.1 炮眼布置 2303 巷巷道断面为矩形，宽 3.7m，高 3.4m。 设计煤眼为 13 个，炮眼深度为 2m，炮眼垂直于巷 道断面布设，其中 15 为掏槽眼，613 为周边眼， 炮孔直径为 110mm。炮眼布置如图 2 所示。 3.2 爆破器材 爆破选用 MZL350-108/1950 型二氧化碳致裂 器。 储液管长1950mm， 管径为108mm， 容积为7.2L。 3.3 爆破作业 3.3.1 组装 （1）首先在陈列架上固定好二氧化碳致裂器 储液管，然后在二氧化碳致裂器主管中插入带钩的 铁丝，并将带钩铁丝的一端从主管刻字的一端伸出， 最后用带钩的铁丝把储液管加热装置的导线钩住， 拉动铁丝使加热装置的导线从二氧化碳储液管的另 一端伸出。 （2）将末凸起的定压剪切片一端朝外安装， 然后把定压剪切片与加热装置的导线连接成一个整 体。最后把加热装置拉出，从而使定压剪切片整体 固定安装在储液管之中。 （3）先把释放管拧紧，再将充装阀拧紧，最 后拧紧释放管和充装阀。 （4）在拆装机钳口上放置致裂器并固定好， 并把二氧化碳致裂器的充装阀一端头插入到拆装机 头里，然后按照顺时针的方向旋转急停按钮，按下 启动按钮以便能启动拆装机。 （5）按住夹紧按钮把充气的压力值上升到 10MPa 以上，然后松开夹紧按钮，最后再按住紧固 按钮，使充气压力值上升至 10MPa 时，再放开紧固 按钮。 （6）按住松开按钮，然后将致裂器掉头。 （7）重复步骤（5）。 图 2 二氧化碳爆破炮眼布置图 3.3.2 充气 （1）把二氧化碳致裂器放在充装台上并对准 充装孔，把夹紧杆拧紧并使用内六角扳手把充装阀 打开。然后把致裂器所对应的球阀打开，把没有致 裂器的球阀关闭。 （2）按下充装机上的清零键可使称重仪表清零。 （3）放气每当第一次充气前，需将整个充 气管道里的气体全部排空。排空时首先打开充装台 上的进口球阀和出口球阀。然后按下充装台上的放 气按钮，直至充装台上的出口球阀喷出连续不断的 白色气体后才算排空充气管道里的气体，最后关闭 出口球阀，完成放气作业。 402019 年第 2 期 注浆管路进行认真清洗，并对材料、设备、管路进 行归置。 5 结语 （1）根据 13162 工作面上巷现场实际状况， 采用新型无机矿粉双液材料进行注浆加固，冒落 区煤矸混合体在材料作用下胶结，顶煤强度及完 整性大大提高，有效解决了托顶煤掘进的难题。 （2）针对施工过程中出现的漏浆问题，采取 间隔打孔、间歇注浆、控制材料水灰比及泵速、棉 纱封堵等方法，有效解决了漏浆问题，积累了丰富 的施工经验。 （3）注浆加固后，掘进施工未发生顶煤冒落 事故，确保了巷道有效断面，保证快速掘进。 （4）矿区类似工程情况较多，此次注浆实践 积累了丰富的技术和施工经验，创造了良好的社会 （上接第 37 页） （4）洗管首先把放气按钮按下，然后关闭 进口球阀，最后打开出口球阀。依次按上述方式重 复两到三次，这样就可以使二氧化碳致裂器内的二 氧化碳大部分放出，然后再关闭出口球阀。 （5）充装把出口球阀关闭后，按下增压按钮， 直到致裂器装满时机器便会自动停止充装工作。致 裂器充装完成且机器停止工作后，使用内六角扳手 把致裂器的充装球阀关闭，然后关闭充装的进口球 阀，最后再打开出口球阀将多余气体放出。 （6）测试密封性分别把致裂器装置上的充 装阀和释放头放置于水中， 并在水下保护10s左右， 没有气泡冒出时说明密封性良好；如有气泡冒出时， 必须将致裂器两端的充装阀和释放头重新扭紧，按 上述的要求再进行一次测试密封性，直到没有气泡 冒出合格为至。 3.3.3 放炮 （1）把致裂器插入致裂孔中，并将泄放头 DC 插头线剪断，把两个线缠在一起，并用绝缘胶 布缠好。 （2）将所有致裂器的插头线用导线连接好， 用黄泥封孔后与 FD200XSB 型晶体管发爆器连接 起爆。 3.3.4 回收 （1）将回收并可再次使用的二氧化碳致裂器 安装并固定在拆装机钳口上，然后将致裂器的充装 阀的一头插入到拆装机的机头里，按照顺时针的方 向拧开急停按钮，最后按下启动按钮以便使拆装机 开始工作。 （2）按住夹紧按钮从而使压力值上升到 10MPa 以上，然后放开夹紧按钮。再按住拆卸按钮， 并把拆卸按钮旋转一到两圈后，最后松开拆卸按钮。 （3）按住松开按钮，直到最后将致裂器拆掉。 （4）重复步骤（2）。 （5）清理干净致裂器内部的残渣，然后就可 以重复使用。 4 爆破效果 爆破后掘进工作面无火药味及炮烟，经现场测 定工作面二氧化碳含量与未爆破前相比无明显的上 升。一次能爆破 35.14m3，与传统的炸药爆破相比， 一次爆破量提高了 8.11m3。二氧化碳致裂器可重复 利用，爆破的成本非常低。采用该种爆破技术爆破 的安全性将大大提高。 【参考文献】 ［1］ 聂政 . 二氧化碳炮爆破在煤矿的应用 [J]. 煤炭技 术，2007，26（08）62-63. ［2］ 杜泽生，范迎春，薛宇飞，等 . 二氧化碳爆破采 掘装备及技术研究 [J]. 煤炭科学技术，2016，44 （09）36-41. 经济效益，推广前景广阔。 【参考书目】 ［1］ 周心权 . 煤矿采空区自燃防治和应急处置能力提 高的建议 [J]. 煤炭科学技术，2013，41（09） 151-153. ［2］ 张勇利，张喜娟 . 巷道破碎围岩加固技术应用与 实践 [J]. 煤炭与化工，2014，37（12）13-16. ［3］ 王若帆，张科学，神文龙，等 . 注浆加固对深部 巷道围岩应力集中的控制研究 [J]. 煤炭技术， 2016（01）65-68. ［4］ 卢海超，何涛，张兆威 . 综放工作面联络巷密闭 墙合理参数确定 [J]. 煤炭技术，2014，33（10） 118-119. ［5］ 徐香庆 . 松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用及 效果分析 [J]. 煤炭工程，2012，（07）29-31. ［6］ 刘泉声，卢超波，刘滨，等 . 深部巷道注浆加固 浆液扩散机理与应用研究 [J]. 采矿与安全工程学 报，2014（03）333-339.