恒源煤业151303工作面坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究_赵海峰.pdf

恒源煤业 151303 工作面坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究 赵 海 峰 （晋煤集团泽州天安恒源煤业有限公司 ，山西 晋城 048000 ） 摘要 为保证 151303 工作面回采期间端头悬顶过长及支架易压死的情况， 通过具体分析深孔预裂 爆破技术的机理， 采用数值模拟研究爆破孔间的合理间距， 结合工作面的情况对深孔预裂爆破技术进 行具体设计， 并对工作面采用深孔预裂爆破技术后的效果进行监测分析。结果表明 工作面采用深孔 预裂爆破技术后， 基本顶的周期来压步距减小为 13～22m， 回采过程中无支架压死与煤壁片帮情况出 现， 为工作面安全高效回采提供了保障。 关键词 预裂爆破 ； 坚硬顶板 ； 矿压监测 中图分类号 TD235文献标志码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0171-04 Research on Deep Hole Pre-splitting Blasting Technology for Hard Roof of 151303 Working Face in Hengyuan Coal Industry ZHAO Haifeng （Jin Coal group Zezhou Hengyuan Coal Industry Co., Ltd. , Shanxi Jincheng 048000） AbstractIn order to ensure that the end of the 151303 working face is too long and the bracket is easy to crush, by analyzing the mecha- nism of the deep hole presplit blasting technology, the numerical simulation is used to study the reasonable spacing between the blasting holes, combined with the working face. The deep hole pre-split blasting technology was designed specifically, and the effect of the deep-hole pre-split blasting technology on the working surface was monitored and analyzed. The results show that after the deep-hole pre-splitting blasting technology is adopted, the pressure step of the basic top is reduced to 13～22m. During the mining process, there is no support crushing and coal wall slabs, which is safe and efficient for the working face. Provides protection. Key wordsPresplit blasting ; hard roof ; mine pressure monitoring 1工程概况 山西晋煤集团泽州天安恒源煤业 151303 工作 面位于 15 煤层一采区，所采煤层为 15 煤层， 煤 层均厚 2.69m， 平均倾角为 4， 属全区稳定可采中 厚煤层；煤层直接顶为 K2 灰岩，厚度较大，均厚 8.63m， 底板为泥岩， 均厚为 2.11m， 工作面采用一次 采全高综采的采煤方法，由于工作面顶板较为坚 硬， 相邻工作面未对顶板采取任何措施进行回采作 业时， 基本顶初次来压步距为 55～60m， 周期来压步 距为 30～35m，回采过程中煤壁片帮与支架压架的 现象经常发生， 端头悬顶较长， 工作面端面顶板的 最大下沉量大 1.1m， 对工作面的安全高效回采造成 了较大影响，故为保障 151303 工作面回采工作的 顺利进行， 现对采用深孔预裂爆破技术对工作面坚 硬顶板进行提前处理。 2深孔预裂爆破技术 2.1深孔预裂爆破技术 深孔预裂爆破技术即为通过钻孔爆破的方式 对坚硬顶板进行弱化， 坚硬顶板采用深孔预裂爆破 技术后， 随着回采工作面的向前推进， 采空区的悬 顶长度会逐渐增大， 顶板坚硬岩层在地应力和自重 应力的作用下， 会在预裂爆破孔周围薄弱带的位置 处发生破断， 深孔预裂爆破技术的主要效果取决于 预裂爆破造成岩石损伤范围的大小， 进行深孔预裂 爆破作业时， 其技术流程主要为 ①计算分析具体 岩层钻孔周围质点峰值震动的额速度分布； ②开展 现场深孔预裂爆破试验， 进而有效计算得出爆破预 裂损伤的判别计算式； ③基于质点峰值震动速度对 爆破损伤的范围进行有效预测； 其质点峰值震动速 度判别的计算式如下 PPVCp[ε]ktCp [σt] E （1） 式中 PPV 为质点峰值振动速度， m/s； [ε] 为岩 石的允许应变值； Cp为岩体的纵波速度， m/s； E 为岩 体的弹性模量， MPa； [σc]为岩体的抗压强度， MPa； k 为[σc]与[σt]之间的关系系数一般取为 1/6～1/8； [σt]为岩体的抗拉强度， MPa。 根据相关理论研究可知[1-2]， 针对不同岩体进行 深孔爆破作业时， 其损伤爆破时质点速度的参考建 议值见表 1。 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 171 ChaoXing 表 1岩石爆破损伤 PPV 临界值 深孔预裂爆破技术中确定装药周围岩体质点 峰值速度分布及判别公式， 其中炮孔质点峰值振动 速度和炮孔内爆生气体的初始压力的表达式为 νk0ν0（b/R） βk0p0 ρCp（b/R） β p0 ρeDe2 2 （k1）k d-2k （2） 式中k0为一次起爆作业时与炮孔个数有关的 系数； R 为岩石质点与爆源之间的距离， m； b 为炮孔 的半径， m； ρ 为岩石的密度， kg/m3； p0为炮孔内部 爆生气体的初始压力， MPa； ρe为炸药的密度， kg/m3； k 为绝热指数，一般近似取为 3； De为炸药的 爆速， m/s； kd为炮孔装药不耦合系数， kddb/dc， 其 中 dc为药卷直径； db为炮孔的直径。根据 151303 工 作面具体的地质条件， 确定深孔预裂爆破作业采用 2 号煤矿许用乳化炸药； 药卷长度为 500mm， 直径为 dc60mm， 爆速 De3000 kg/m3； 药卷密度 ρe1250 kg/m3； 炮孔直径 db75mm;取不耦合系数为 1.25； 将 上述数据代入式 （1） 和 （2） 中能够得出质点峰值振 动速度 v041.4m/s。 在进行正式深孔预裂爆破作业前， 通过在回风 巷设置炮孔深度为 30m， 装药量为 69kg， 装药长度 为 23m 进行试验， 得出在距离深孔预裂爆破孔 11m 的位置处其质点振动速度为 24.91cm/s， 结合表 1 可 知该参数下深孔爆破能够对 11m 范围内的岩体形 成不同程度的损伤。 2.2数值模拟分析 为有效研究进行深孔预裂爆破作业时，根据 151303 工作面各岩层的物理力学参数和炸药的各 项参数， 采用 ABAQUS 数值模拟软件， 对深孔预裂 爆破作业时岩石合理的间距进行分析， 设置钻孔直 径为 75mm， 计算范围取为 4.5m， 分别模拟分析深孔 预裂爆破孔间距为 0.8m、 2m、 3m 和 4m 条件下岩石 的应力分布状态， 根据数值模拟结果能够得出不同 炮孔间距下岩石的应力云图如图 1 所示。 通过具体分析图 1 可知， 仅改变炮眼之间的间 距， 其余参数不变时， 炮孔周围岩体的应力分布仍 然会呈现出较大的差别，当炮孔间的间距为 0.8m 时， 此时质点的峰值振动速度为 263cm/s， 岩石能够 得到完全破碎； 当炮孔间距为 2m 和 3m 时， 质点的 峰值振动速度分别为 115cm/s 和 80cm/s，据此可知 在炮孔间距为 2m 或 3m 时，炮孔周围 4.5m 的岩体 会出现严重的径向和拉伸裂隙；在炮孔的间距为 4m 时， 质点的峰值振动速度为 61cm/s， 此时岩体仅 会出现轻微的拉伸层裂； 炮孔的间距在 0.8m～4m 的 范围内时， 深孔爆破后岩体的应力均出现相互交圈 的形式， 但考虑到炮孔间距较小时， 工作面回采作 业时顶板较难管理， 炮孔间距较大时， 深孔预裂爆 破的效果不明显； 基于上述分析， 考虑到 151303 工 作面的具体情况， 在保证爆破效果的情况下， 确定 了深孔预裂爆破炮孔的间距为 2m。 （a） 间距为 0.8m（b） 间距为 2m （c） 间距为 3m（d） 间距为 4m 图 1不同炮孔间距下岩石的应力云图 2.3方案设计 1） 爆破孔直径与长度。根据众多相关深孔预裂 爆破的理论研究与工程实践[3-4]， 深孔预裂爆破孔的 直径范围一般在 60～80mm 之间，结合 151303 工作 面的具体情况， 确定爆破孔的直径为 75mm， 在现场 工程应用时，在保证爆破效果与安全的情况下， 尽 可能的减小爆破孔的长度， 基于此确定爆破孔长度 在 11～42m 之间。 2） 爆破钻孔布置形式。结合工作面的具体情 况， 确定在工作面两回采巷道内工作面煤壁侧通过 开挖钻孔硐室的方式， 在硐室内打设预裂钻孔进行 超前工作面的顶板深孔爆破预裂作业， 钻场硐室尺 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 岩石的损伤程度质点峰值振动速度 （cm/s） 完整岩体不会致裂＜25 发生轻微的拉伸层裂52～63.5 严重的拉伸裂隙及一些径向裂隙产生63.5～254 岩体完整破碎＞254 172 ChaoXing 寸为宽深 4m3.5m， 两回采巷道之间钻场的间距 为 30m， 钻场内的爆破孔采用两种方式布置， 一种平 行于工作面， 另一种与巷道延伸轴线成一定的角度布 置，具体钻场硐室内的钻孔布置形式示意如图 2 所 示， 图中 A～E 号爆破钻孔平行于工作面呈扇形布置， 用以切断工作面推进方向上顶板的相互连结， F～H 号钻孔与两巷延伸线成 18扇形布置，用以切断工 作面顶板与回采巷道一侧之间的连接， 具体两回采巷 道内顶板预裂钻孔布置的各项参数见表 2。 图 2钻场硐室内爆破钻孔布置形式示意图 表 2深孔预裂爆破钻孔布置及爆破参数表 4） 爆破顺序及联线方式。在 151303 工作面两 回采巷道进行深孔预裂爆破作业时， 采用靠近工作 面向远离工作面的方式进行依次爆破作业， 即爆破 顺序为 A、 B→C、 D→E、 G→H→F； 进行爆破作业时 钻孔的联线方式采用局部并联、总体串联的方式， 具体爆破孔的联线方式如图 3 所示。 图 3爆破钻孔雷管联线方式示意图 3深孔预裂爆破效果分析 为了分析评价 151303 工作面深孔预裂爆破的 效果， 沿着工作面走向方向对部分液压进行有效监 测，具体对工作面 1、 5、 10、 15、 90、 95、 100 和 105 支架的工作阻力进行有效监测，从工作面 两巷采用顶板深孔预裂爆破技术后进行监测作业， 进行 5 次周期来压的监测作业， 通过自动记录仪器 对支架的工作阻力数据进行连续记录， 工作面测区 布置如图 4 所示。 图 4工作面矿压观测站布置形式示意图 根据工作面矿压结果可知， 151303 工作面采用 深孔预裂爆破技术后， 顶板冒落较为充分， 随着回采 作业的进行， 采空区顶板随着支架的移动向前移动而 逐渐发生垮落， 当工作面顶板出现来压期间， 顶板周 期来压的最大步距为 22m， 最小步距为 13m， 且工作 面端头三角区域顶板能够充分冒落， 监测期间支架再 顶板未来压期间， 其工作阻力为 26～30MPa， 顶板周 期来压期间工作阻力均在 33～38MPa 之间， 基于此可 知在工作面回采期间液压支架的工作阻力较为合理， 另外根据 151303 工作面回采过程中的现场观测可 知， 工作面回采过程中未出现煤壁片帮的情况， 工作 面端头顶板也表现为随采随落的情况， 未出现悬顶情 况，据此可知 151303 工作面坚硬顶板采用超前深孔 松动爆破后有效的缩短了工作面的悬顶长度、 解决了 工作面煤壁易片帮及端头悬顶过长的问题。 4结论 通过具体分析深孔预裂爆破技术的机理， 并采 用数值模拟结果对爆破孔间合理的间距进行了模 拟分析， 结合工作面的具体情况对超前深孔预裂爆 破方案进行具体设计， 151303 工作面采用深孔预裂 爆破技术后，基本顶的周期来压步距由 30～35m 减 小为 13～22m， 支架的工作阻力均正常， 回采过程中 无煤壁片帮语支架压死的情况出现， 保证了工作面 的正常生产。 参考文献 [1] 王洪波,黄优.深孔预裂爆破在分层同采石门揭煤中的试 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 编号 水平角 （） 与底板 夹角 （） 炮眼长 度 （m ） 孔径 （mm ） 装药量 （kg ） 装药长 度 （m ） 封孔长 度 （m ） A9074275752512 B90114275903012 C9016317566229 D9021227542148 E904013752176 F184511751865 G183016752797 H1816187533117 173 ChaoXing 验研究[J].煤炭技术,2018,3711158- 161. [2] 韩磊,侯水云,贾湛永.深孔预裂爆破弱化坚硬陷落柱技术 研究[J].煤炭工程,2018,50 （06） 81- 84. [3] 张军辉,刘洪林,管伟明.急倾斜坚硬顶板工作面超深孔预 裂爆破技术研究[J].煤炭工程,2018,50 （05） 60- 63. [4] 徐庶泽.新集二矿 211113 综采面坚硬顶板深孔预裂爆破 技术与实践[J].中国煤炭,2018,44 （01） 116- 121. 作者简介 赵海峰 （1987-） ， 男， 山西省大同市人， 2009 年 7 月毕业 于阳泉职业技术学院煤矿开采技术专业， 采煤初级助理工程 师， 现从事煤矿生产技术工作。（收稿日期 2019- 5- 27） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1概述 阳煤集团新景公司洗煤厂，属矿井型选煤厂， 由 北京华宇工程有限公司平顶山选煤设计院设计， 设计 洗选能力为 360 万 t/a， 并于 1997 年 10 月建成投产， 通过近年来改扩建工程，设计能力已上升至 800 万 t/a。采用全重介洗选加工工艺， 全厂由原煤准备筛分 系统、 块煤重介浅槽排矸系统、 末煤重介旋流器分选 系统、煤泥水处理系统和产品储运系统五大系统组 成。入选煤种为无烟煤， 主要产品有洗中块、 洗小块、 1 喷粉煤、 2 喷粉煤、 4 喷粉煤、 末原煤， 其中主导 产品 1 喷粉煤因低灰、 低磷、 低硫、 低挥发分， 可磨性 好等特性而远销日本、 韩国、 巴西等地。 随着生产能力的不断提高， 新景公司洗煤厂原低 压配电系统存在诸多问题，例如系统设备严重老化， 系统保护装置功能少， 管理控制能力不足， 在生成过 程中经常造电气设备损害， 严重影响了本洗煤厂的生 产运行。随着计算机、 智能化、 网络化水平不断提高， 工业通信化技术在快速发展， 为智能化管理、 监控低 压配电给予了技术支撑[1]。本文采用现有的智能化控 制技术对新景洗煤厂的低压配套系统进行升级改造。 2存在问题及改造目标 新景洗煤厂原低压配电系统保护元件仍然采用 保护功能较为单一且技术相当落后的热过载继电 器[2]； 电机的综合保护装置分散， 不能统一集中监控； 厂变压器保护基本为零； 仍采用人员定期巡检或者通 过安装在配电室的电机综合保护装置评判线路、 设备 新景矿洗煤厂低压配电系统智能化改造 张凯 （阳煤集团新景公司洗煤厂 ，山西 阳泉 045000 ） 摘要 为解决新景公司洗煤厂低压配电系统保护功能单一、监测监控功能不完善及停送电操作效 率低的问题，通过集控改造对低压配电系统进行升级，采用智能监控装置建立低压配电监控管理系 统。生产实践表明 该监控管理系统的应用实现了低压配电系统的远程监测监控， 进一步提高了供电 系统的安全可靠性和利用率。 关键词 保护功能 ； 监测监控功能 ； 操作效率 ； 总线控制 中图分类号 TD948文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0174-03 Research on intelligent transation of low voltage distribution system in Xinjing coal washing plant ZHANG Kai （Yangquan Coal Industry group Xinjing Coal Washing plant , Yangquan 045000 ， China ） Abstract In order to solve the problems of single protection function, imperfect monitoring function and low efficiency of power outage operation on low-voltage distribution system, the low-voltage distribution system was upgraded through centralized control transa- tion, and the low-voltage distribution monitoring and management system was established by using intelligent monitoring device.The pro- duction practice shows that the monitoring application and management system realizes the remote monitoring and control,and further im- proves the security, reliability and utilization of the power supply system. Key words protection function ; monitoring and monitoring function ; operation efficiency ; bus control 174 ChaoXing