煤矿井下岩巷高效掘进技术探讨

摘 要:随着经济的不断发展,我国对能源的需求量日益增加,在我国,煤矿以每年8m～12m的速度向下开采,煤矿深部开采的问题日益突出。河南、安徽、山东等省将建设一大批新矿井,其不稳定表土层厚达350m～650m,巷道深入地下650m～1000m。目前,我国巷道施工主要采用钻爆法,优化爆破参数、合理利用爆破能量是目前提高掘进效率的主要途径。因此,研究岩石力学特性,采用先进的反向起爆技术,优化锚杆支护作业方式对于预防煤矿事故,提高生产效率具有重要的意义。

关键词:岩巷 高效掘进 反向起爆 锚杆支护

中图分类号:TD82文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0066-01

1 岩石力学特性及掘进特点

(1)砂岩三轴在不同围压下压缩测试。取样地点为某煤矿西翼回风石门1100m处,埋深750m。按照规范的要求,将岩样制作加工成半径为25mm,长度为100mm的标准圆柱体试样。试验在RMT-150B岩石力学试验机上进行,测试结果见表1。

(2)变形特征。砂岩由于受到有效侧压力,压硬性明显。岩石的刚度与强度均随侧压的增大而增大,在侧压作用下,裂隙压密闭合。

(3)掘进埋深大。煤矿硬岩巷道最大埋深达1000m,附近岩体在侧向高应力作用下接近发生岩爆状态。同时被爆岩体由于承受较大的地质压力,因而夹制作用比较大,造成爆破炸药单耗较高。

(4)爆破爆碴小。煤矿硬岩巷道施工配备的出碴运输设备只能装半径为35cm以下的岩碴,为提高生产效率,岩碴破碎要求高,因此要求爆破尽可能减小爆碴的块度。

2 炸药爆破参数设计

(1)炮眼深度与直径。炮眼深度决定着掘进循环劳动量和工作组织。岩石的夹制作用与炮眼深度呈正相关,岩石条件一定,凿岩速度明显降低。同时,爆破后槽腔内的岩石碎块如不及时抛出,会明显降低掏槽的效果。另外,据有关安全条例,如果炮眼的深度大于1m时,封泥长度相应也应该大于0.5m;如果炮眼深度超过2.5m时,封泥长度相应不得小于1.0m。因此,为保证掏槽的效率,节约钻眼的工作时间,炮眼深度一般小于2.5m。然而炮眼直径影响着装药参数、凿岩眼数以及巷道的相关成形情行。过小直径容易引起装药的不稳定爆炸,过大则会减慢凿眼的速度。增大炮眼直径能够有效的集中炸药能量,增强爆轰波威力而改善爆破的效果。但是,炮眼直径过大会影响钻眼速度以及岩石破碎质量、周边平整度和围岩稳定性。现场分析表明,在相同炮眼深度下,钻眼时间随着钻头直径的增大而增加。为了增强掏槽眼的破岩能力与效率,加大掏槽眼直径,增加单孔装药量是种行之有效的方法。另外,若想达到光面爆破同时缩短钻眼时间,提高掘进速度,周边炮眼适宜采用直径为32mm的钻头。

(2)岩爆破的炸药选型。工欲善其事,必先利其器。若想取得良好的爆破效果,正确选择炸药显得十分必要。而综合效率、安全、成本考虑,我们需要遵循以下原则:①在保证安全的前提下,选择高爆速、大威力、高密度的新型炸药;②爆破后产生大量的炮烟,极易产生危险。选择合适的炸药品种,使其产生较低的有毒有害气体。并且注意保持通风换气。③根据多种炸药的选择,我们依照各炸药性价比的不同,选择物美价廉的产品,将炸药爆速指标定为4000m/s以上较为合适。如果对于爆速要求过高,必将增加成本,造成浪费。

(3)掏槽方式。岩巷掘进施工中掏槽爆破最为关键,有效地提高了岩巷掘进速度和爆破效率。深部岩层由于初始围压导致爆破岩层的夹制力加大,因而增大了爆炸产生的破碎区;同时减小了反射拉伸波区的范围,通过研究斜眼、直眼、混合掏槽眼以及坚硬的地下岩巷道岩石的一些典型特征,我们进一步进行了理论与试验的探究,讨论得知采用中深孔不同阶微差斜眼掏槽方法。先进行直眼掏槽,稍后采用双阶掏槽,掏槽呈楔形。掏槽眼用直径为42mm的一字型钻头进行打眼,中间眼的深度应该比其掏槽眼深250mm～350mm,再装入1～2支药卷,用炮泥进行封堵,放置2段起爆雷管,在保证了掏槽眼处爆炸使得残岩抛出的前提下,该爆破方法有利于对高压夹制的岩石进行有效克服,大大加快了掏槽的效率。

3 反向起爆的优劣

起爆的方式有两种:正向和反向起爆。柱状装药的外端装有起爆药,起爆处靠近炮眼口,雷管的底部朝向炮眼底这样的起爆方法称为正向起爆。而柱状装药的里端装有起爆药包,起爆处靠近或在炮眼底,雷管的底部朝向炮眼口这样的起爆方法称为反向起爆。反向爆破比正向爆破更能充分利用炸药。正向爆破在装药爆炸性能的最好处,遇到的抵抗最小;而爆炸性能的最差处,遇到的抵抗最大,显然炸药爆炸作用不能得到较好地发挥。利用反向起爆造成爆炸影响越大,沿炮眼深度的岩石的抵抗越大,这样可以有效利用炸药爆炸作用。由此可见,采用反响爆破,是正确的选择。但是一点需要注意:反向起爆将会使炸药爆炸余波以及固体颗粒飞溅朝向眼口,在煤矿中可能引起瓦斯爆炸。所以,若使用反向爆破时,必须需要制定安全措施。

4 锚杆支护技术

我国煤巷支护经历了从无到有,由简到繁的过程:从当初简单的木支护到工字钢刚性支护、形钢拱形可缩性支护和锚杆支护技术,这里每一步的发展,都是我国科技的一大进步。锚杆支护与棚式支架支护相比显著的提高了巷道支护的效果,不仅使得巷道支护成本大为降低,而且使得工人劳动强度大大降低。而且锚杆支护简化了采煤工作面端头支护和超前支护,不但使得安全生产成为可能,而且为今后采煤工作的快速推进做出了巨大的贡献。

5 结语

煤矿井下岩巷高效掘进,不仅需要先进的工具,更要有科学的方法,研究岩石力学特性,采用先进的反向起爆技术,优化锚杆支护作业方式对于预防煤矿事故,提高生产效率具有重要的意义。在此同时,优化班组成员,提高劳动者素质与专业技能,建立合理明确的奖惩制度对于提高工人的劳动积极性,实现安全高效巷道掘进有着积极的意义。

参考文献

[1]袁文华,马芹永.煤矿深部岩石力学性能试验分析与硬岩巷道快速掘进方法研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29.

[2]王旭锋,张东升,邵鹏.深部软岩锚喷支护巷道快速掘进技术[J].采矿与安全工程学报,2011,28.

[3]赵庆民,张连良,刘增平.煤巷锚杆支护快速掘进的实践和经验[J].矿山压力与顶板管理,2002,19.

推荐访问:掘进 高效 井下 煤矿 探讨