為解決***礦工作面快速通過硬巖斷層的技術(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)來松動巖層。應(yīng)用結(jié)果表明:巖體受到了充分預(yù)裂和松動,沒有產(chǎn)生碎石飛擲現(xiàn)象。該項爆破技術(shù)與傳統(tǒng)爆破方法相比,采煤機過斷層的時間節(jié)省了一半,截齒消耗減少了50%,生產(chǎn)效率得到了提高,為通過類似條件工作面提供了工程經(jīng)驗。

對于綜采工作面出現(xiàn)的硬巖斷層,生產(chǎn)中往往無法躲避;采煤機強行推過,存在生產(chǎn)效率低、設(shè)備負荷大及截齒損耗嚴重等問題。在這種情況下,應(yīng)考慮采用爆破方法通過斷層。由于綜采工作面空間有限,加之采煤設(shè)備和機具較多,且離斷層爆破點很近,一般的拋擲爆破會損壞采煤設(shè)備,破壞綜采環(huán)境。因此,在這種情況下,應(yīng)該對巖層進行松動爆破。

針對此類問題,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)化學爆破相區(qū)別,該“爆破”方式被國家命名為“致裂”或“致裂爆破”,它顯著的特點是本質(zhì)安全。

針對***綜采工作面斷層堅固性系數(shù)較大的特點,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,達到破碎和松動煤巖的目的。

工作面概況

***礦井田301-2盤區(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,推進長2610m,設(shè)計采高3.6m,采用長臂后退式全部垮落綜合機械化采煤方法。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。

***工作面運輸巷推進至距離開切眼1725m位置時,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斷層在掘進中揭露,由運輸巷向回風巷延伸,影響推進范圍長度約120m。

二氧化碳致裂爆破參數(shù)設(shè)計

致裂器選擇

二氧化碳致裂器的性能對松動爆破影響較大。為確保達到破碎和松動硬巖的目的,本次試驗選用海納萬川51#致裂器,其主要技術(shù)參數(shù):儲液管外徑51mm,長度1200mm,容積0.7L;卸放壓力200MPa,二氧化碳充裝量(700±100)g,設(shè)計充裝壓力12MPa。

致裂爆破孔間距

孔間距是影響致裂爆破區(qū)域裂紋擴展范圍、致裂爆破區(qū)域巖體松散度等的一個重要因素。根據(jù)實踐經(jīng)驗,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。結(jié)合工作面地質(zhì)條件,確定致裂爆破孔角度,應(yīng)使其處于要松動的巖體內(nèi)。本次試驗,按照45°角打孔。

孔內(nèi)致裂器布置方式

每個致裂爆破孔內(nèi),安裝1個二氧化碳致裂器單元,串接,同步起發(fā)。