為解決***礦工作面快速通過(guò)硬巖斷層的技術(shù)難題,結(jié)合該工作面地質(zhì)和生產(chǎn)條件,采用二氧化碳深孔致裂爆破技術(shù)來(lái)松動(dòng)巖層。應(yīng)用結(jié)果表明:巖體受到了充分預(yù)裂和松動(dòng),沒(méi)有產(chǎn)生碎石飛擲現(xiàn)象。該項(xiàng)爆破技術(shù)與傳統(tǒng)爆破方法相比,采煤機(jī)過(guò)斷層的時(shí)間節(jié)省了一半,截齒消耗減少了50%,生產(chǎn)效率得到了提高,為通過(guò)類似條件工作面提供了工程經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于綜采工作面出現(xiàn)的硬巖斷層,生產(chǎn)中往往無(wú)法躲避;采煤機(jī)強(qiáng)行推過(guò),存在生產(chǎn)效率低、設(shè)備負(fù)荷大及截齒損耗嚴(yán)重等問(wèn)題。在這種情況下,應(yīng)考慮采用爆破方法通過(guò)斷層。由于綜采工作面空間有限,加之采煤設(shè)備和機(jī)具較多,且離斷層爆破點(diǎn)很近,一般的拋擲爆破會(huì)損壞采煤設(shè)備,破壞綜采環(huán)境。因此,在這種情況下,應(yīng)該對(duì)巖層進(jìn)行松動(dòng)爆破。

針對(duì)此類問(wèn)題,傳統(tǒng)方法為采用火工品,深孔爆破。然而火工品自身具有高危性,造成這種方法有很大的安全隱患,且受環(huán)境限制。二氧化碳致裂是新興的物理“爆破”技術(shù),是利用氣體膨脹做功,在部分領(lǐng)域,足以代替火工品作用。為與傳統(tǒng)化學(xué)爆破相區(qū)別,該“爆破”方式被國(guó)家命名為“致裂”或“致裂爆破”,它顯著的特點(diǎn)是本質(zhì)安全。

針對(duì)***綜采工作面斷層堅(jiān)固性系數(shù)較大的特點(diǎn),根據(jù)該工作面地質(zhì)及生產(chǎn)條件,利用二氧化碳深孔致裂爆破技術(shù),選擇合理的致裂爆破參數(shù)及致裂爆破工序,使得工作面快速通過(guò)硬巖斷層。

二氧化碳致裂爆破技術(shù)

二氧化碳在溫度高于臨界溫度31℃,壓力高于臨界壓力7.38MPa的狀態(tài)下,其密度近于液體,黏度近于氣體,擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍。在低于其臨界溫度和高于臨界壓力條件下,將二氧化碳以液態(tài)存儲(chǔ)于高壓容器,利用發(fā)熱裝置提供熱量,可使其瞬間處于臨界狀態(tài),體積膨脹達(dá)600倍,釋放超高壓氣體。利用二氧化碳這一性質(zhì),可致裂爆破煤巖體,達(dá)到破碎和松動(dòng)煤巖的目的。

工作面概況

***礦井田301-2盤(pán)區(qū)北部,煤層埋深約360m;回采范圍內(nèi),煤層平均厚度6.41m,傾角2~6°。工作面寬239m,推進(jìn)長(zhǎng)2610m,設(shè)計(jì)采高3.6m,采用長(zhǎng)臂后退式全部垮落綜合機(jī)械化采煤方法。煤層基本頂為含礫粗砂巖,厚度4.30~11.58m,平均7.27m;直接頂為細(xì)砂巖,厚度1.00~5.10m,平均1.77m;直接底為高嶺巖,厚度0.60~6.30m,平均3.51m。

***工作面運(yùn)輸巷推進(jìn)至距離開(kāi)切眼1725m位置時(shí),將遭遇F6斷層。該斷層為正斷層,落差5m,傾角70°;斷層巖石為粗砂巖、含礫粗砂巖,普氏系數(shù)f>4。F6斷層在掘進(jìn)中揭露,由運(yùn)輸巷向回風(fēng)巷延伸,影響推進(jìn)范圍長(zhǎng)度約120m。

二氧化碳致裂爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

致裂器選擇

二氧化碳致裂器的性能對(duì)松動(dòng)爆破影響較大。為確保達(dá)到破碎和松動(dòng)硬巖的目的,本次試驗(yàn)選用海納萬(wàn)川51#致裂器,其主要技術(shù)參數(shù):儲(chǔ)液管外徑51mm,長(zhǎng)度1200mm,容積0.7L;卸放壓力200MPa,二氧化碳充裝量(700±100)g,設(shè)計(jì)充裝壓力12MPa。

致裂爆破孔間距

孔間距是影響致裂爆破區(qū)域裂紋擴(kuò)展范圍、致裂爆破區(qū)域巖體松散度等的一個(gè)重要因素。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本次深孔致裂爆破,布置2排致裂孔,孔間距0.5m;上排孔距離頂板0.5m,下排孔距離底板0.5m。

致裂爆破孔角度

致裂爆破孔角度需要合理設(shè)計(jì)。結(jié)合工作面地質(zhì)條件,確定致裂爆破孔角度,應(yīng)使其處于要松動(dòng)的巖體內(nèi)。本次試驗(yàn),按照45°角打孔。

孔內(nèi)致裂器布置方式

每個(gè)致裂爆破孔內(nèi),安裝1個(gè)二氧化碳致裂器單元,串接,同步起發(fā)。