李小二 倪天峰

摘要：為了提高塊炭率，增加經(jīng)濟(jì)效益，基于微差爆破的基本原理，結(jié)合方莊二礦2321工作面生產(chǎn)實(shí)際情況，通過(guò)理論計(jì)算確定了炮采工作面微差爆破參數(shù)及施工工藝。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明：塊炭率由原來(lái)的29%-32%提高至42%-45%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。該技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用可為焦作礦區(qū)及類(lèi)似條件下的回采工作面提高塊炭率提供參考。

關(guān)鍵詞：微差爆破 炮采工作面 塊炭率

1 概況

方莊二礦隸屬于河南能源焦煤公司，礦井1980年12月25日投產(chǎn)，批準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.45Mt/年。2006年核定生產(chǎn)能力0.48Mt/年，2011年復(fù)核生產(chǎn)能力0.48Mt/年。

主采二1煤層，煤層平均厚度為5.4m，煤層傾角為21°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)夾矸。

2321工作面采用液壓懸移支架支護(hù)，爆破落煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤。工作面平均月產(chǎn)量3.0萬(wàn)噸左右，塊炭率為29%-32%，較為偏低。經(jīng)過(guò)分析后確定，主要原因是單孔裝藥量大、炮眼布置不合理造成的[1]。為有效解決以上問(wèn)題，提出2321炮采工作面采用微差爆破技術(shù)。

2 毫秒微差爆破原理

微差爆破是指相鄰各組藥包爆炸間隔時(shí)間較短（幾十

毫秒），并按一定順序起爆的控制爆破技術(shù)，其作用包括[3 ][4]：

①增加自由面：采用微差爆破時(shí)，先起爆炮眼為后起爆的炮眼創(chuàng)造了輔助自由面，由于自由面的增加，加劇了煤巖的破碎，改善爆破效果和爆破塊度。

②利用殘余應(yīng)力：當(dāng)藥包在介質(zhì)中爆破時(shí)，除了破碎一部分介質(zhì)外，在周?chē)橘|(zhì)中也產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，這種應(yīng)力在后組藥包起爆時(shí)還未消失，使應(yīng)力波互相迭加，增加了兩炮眼間的破碎作用，從而使爆破塊度更加均勻。

③補(bǔ)充破碎作用：先起爆的藥包使介質(zhì)破碎并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠相互碰撞，利用動(dòng)能使介質(zhì)再次破碎，起補(bǔ)充破碎作用。

④減震作用：先后起爆的藥包爆破產(chǎn)生的地震波相互干擾而減弱，同時(shí)其能量在空間和時(shí)間上都分散了，大大降低了地震波的強(qiáng)度。

3 微差爆破參數(shù)

方莊二礦煤的容重為1.6g/cm3，爆速1200m/s，泊松比0.3，抗拉強(qiáng)度1-3MPa。采用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，密度為1.0g/cm3。裝藥直徑32mm，炮孔直徑42mm，爆壓2822.4MPa。

3.1 裂隙圈半徑的確定[5]

按爆炸應(yīng)力波的作用理論

Rp=■■r

式中：Rp——裂隙圈半徑；

b——側(cè)壓系數(shù)；

b=μ/1-μ=0.3/1-0.3=0.4286

p2——孔壁煤體中的初始?jí)毫Ψ逯担?/p>

p2=1/8ρ0D2（dc/db）6n

=1/8×1×36002×（32/42）6×8×10-3

=2535MP

dc——裝藥直徑，32mm；

db——炮孔直徑，42mm；

n——孔壁壓力增大系數(shù)，n=8-10；

Sr——煤體的抗動(dòng)拉強(qiáng)度，3MPa；

α——應(yīng)力波衰減指數(shù)，α=2-b=1.5714；

r——炮眼半徑，21mm。

代入數(shù)據(jù)得Rp=（0.4286×2535/3）■×21

=890mm

按爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)作用理論，由彈性力學(xué)中的厚壁筒理論有

Rp=r·■

式中：Pp——作用在孔壁上的靜壓力；

Pp=P（dc/db）6=2822.4×（32/42）6=552.1MP

P——炸藥爆壓，已知為2822.4MPa；

dc——裝藥直徑，32mm；

d——炮孔直徑，42mm；

r——炮眼半徑，21mm；

Sr—煤體的抗動(dòng)拉強(qiáng)度；3MPa；

代入數(shù)據(jù)得Rp=495mm。

3.2 臨界抵抗值的確定[5]

臨界抵抗值是裝藥的內(nèi)部作用與外部作用的最小抵抗線(xiàn)的分界值，當(dāng)最小抵抗線(xiàn)大于該值，則產(chǎn)生內(nèi)部作用，否則，則產(chǎn)生外部作用[2]。因此，可由臨界抵抗值來(lái)作為裝藥深度的參考依據(jù)。

按爆炸應(yīng)力波理論，臨界抵抗線(xiàn)可按下式計(jì)算

Wc=[（R+b）p2/Sr]a-1r

式中R——反射系數(shù)；

p2——孔壁煤體中的初始?jí)毫Ψ逯担?/p>

r——炮眼半徑；

sr——煤體的抗動(dòng)拉強(qiáng)度；

α——應(yīng)力波衰減指數(shù)，α=2-b；

B——側(cè)壓系數(shù)；

代入得Wc=[■]■×21

=1236mm

按爆生作用氣體理論，臨界抵抗線(xiàn)可按下式計(jì)算

Wc=kr■

代入數(shù)據(jù)得，Wc=1186mm

由以上計(jì)算可知裂隙圈半徑為0.495-0.890m；臨界抵抗值為1.186-1.235m。

由此得炮眼間距E和最小炮眼長(zhǎng)度L為：

E=2Rp=1.0-1.78m，L=Wc=1.186-1.235m。

理論計(jì)算表明，煤體中的預(yù)裂松動(dòng)爆破合理間距為1.0-1.78m，最小炮眼深度為1.186-1.235m。

根據(jù)2321工作面的煤層產(chǎn)狀及采高等條件，結(jié)合以上理論計(jì)算，確定工作面炮眼布置為五花眼，炮眼間距取1.1m，炮眼深度取1.0m，炮眼的水平夾角取75°。

3.3 裝藥量的確定

裝藥量是影響微差爆破效果和安全的重要因素，合理的裝藥量應(yīng)有良好的松動(dòng)和預(yù)裂效果，且不崩壞支架[2]。根據(jù)方莊二礦煤層實(shí)際情況，結(jié)合日常炸藥消耗經(jīng)驗(yàn)值0.12-0.20kg/m3，確定頂眼、腰眼裝藥量為0.15kg/孔，底眼裝藥量為0.3kg/孔。

炮眼布置三視圖如圖1所示，爆破圖表如表1所示，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.4 爆破工藝說(shuō)明

采用安全等級(jí)不低于三級(jí)的煤礦許用含水炸藥，采用合格的煤礦許用毫秒延期電雷管，最后一段延期時(shí)間不得超過(guò)130ms。按設(shè)計(jì)要求的起爆順序裝雷管，串聯(lián)連線(xiàn)方式，正向裝藥爆破。炮眼封孔使用水炮泥，外用粘土封實(shí)，水炮泥每孔一卷，每個(gè)炮眼封泥長(zhǎng)度不得小于0.5m。

一次起爆長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)頂板狀況、輸送機(jī)的運(yùn)輸能力、發(fā)爆器的起爆能力及通風(fēng)能力而定。頂板條件好時(shí)一次爆破長(zhǎng)度不超過(guò)20m。工作面頂板條件不好或遇廢巷時(shí)進(jìn)行隔段爆破，最多同時(shí)爆破兩段，但每段不得超過(guò)6m。

4 通過(guò)在方莊二礦推廣微差爆破應(yīng)用，總結(jié)出的優(yōu)點(diǎn)

①減少了爆破引起的拋擲煤量，減輕了工人的攉煤時(shí)間和體力消耗。在使用微差爆破以前，有一半的煤會(huì)拋過(guò)刮板輸送機(jī)；采取微差爆破后，煤幾乎原地不動(dòng)，拋過(guò)刮板那輸送機(jī)的煤只占10%左右。

②改善了頂板的安全條件，有利于采場(chǎng)的支護(hù)工作。采取微差爆破后，由于一次起爆的炮眼數(shù)較多，爆破時(shí)間存在間隙，產(chǎn)生的地震波相互干擾，相互抵消，明顯減輕了對(duì)頂板的破壞程度。

5 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

方莊二礦用30×30mm篩子選出塊炭，按此尺寸，應(yīng)用松動(dòng)預(yù)裂微差爆破技術(shù)后，2321回采工作面的塊炭率由原來(lái)的29%-32% 增加到現(xiàn)在的42%-45%，按末煤與塊炭的平均差價(jià)350元/噸，2321工作面月產(chǎn)量3.0萬(wàn)噸計(jì)算，增加效益近150萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有長(zhǎng)期推廣應(yīng)用前景。

6 存在的問(wèn)題及建議

①微差爆破的相關(guān)參數(shù)與工作面的通風(fēng)、瓦斯、煤層頂?shù)装濉⒚后w硬度等情況密切相關(guān)，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工作面相關(guān)條件變化及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

②應(yīng)從思想及技術(shù)上加強(qiáng)對(duì)工人的教育培訓(xùn)，特別是基層區(qū)隊(duì)管理人員，要通過(guò)市場(chǎng)化的手段將塊炭率的高低與職工工資掛鉤，讓職工從思想上轉(zhuǎn)變意識(shí)。技術(shù)人員要不斷指導(dǎo)職工從技術(shù)上提高實(shí)際操作能力，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中不斷優(yōu)化總結(jié)，從而確保微差爆破技術(shù)安全高效的推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]周占雄.提高中小型煤礦塊煤率的有效途徑[J].山西焦煤科技，2005，12：32-33.

[2]戰(zhàn)軍，梁為民，楊小林，等.提高炮采面塊煤率的松動(dòng)預(yù)裂微差爆破新技術(shù)[J].礦冶工程，2004，24（4）：4-6.

[3]李立豐，唐世界，韓松林，等.利用微差爆破提高綜采塊煤率的研究[J].中州煤炭，2011，4：19-20.

[4]呂建青.井巷工程.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007，11.

[5]員小有，楊小林，等.預(yù)裂松動(dòng)爆破在炮采放頂煤工作面的應(yīng)用[J].煤，2000（04）.

作者簡(jiǎn)介：李小二（1982-），男，河南輝縣人，大學(xué)本科，學(xué)士學(xué)位，2012年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，現(xiàn)任河南能源化工集團(tuán)焦煤公司方莊二礦技術(shù)部副部長(zhǎng)，現(xiàn)從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。