辛置煤矿防治水作业中深孔爆破技术的实践.pdf

2020 年第 7 期2020 年 7 月 霍州煤电集团辛置煤矿东四采区在 1998 年 5 月由 于小煤窑非法越界开采造成淹井事故，2002 年复产时 只恢复了东四采区南翼。目前，由于南翼矿井开采资 源枯竭，恢复北翼矿并生产已迫在眉睫。考虑到矿井 水淹区存在较多老巷道，且老巷道通水性较好，初步 认为通过对老巷道实施打钻放水，可以解决采空区积 水疏放水、底板突水等问题[1]。 东四采区自 2014 年开始进行北翼追排水工作，在 分阶段对老巷道进行打钻放水的过程中，难免存在钻 机在施工中的误差导致钻孔偏离老巷道或因老巷道内 存在杂物多并伴有淤泥等情况，引发泄水钻孔不出水 或常常被堵塞问题，增加了打钻和通孔的工程量，影 响放水效果和时间，给生产衔接带来了诸多不利。根 据这一情况，本文对深孔爆破技术在防治水作业中的 应用进行了研究，并在该煤矿东四采区生产现场进行 了实际验证。深孔爆破技术在追排水工程中的有效应 用，解决了采空区积水疏放水、底板突水等问题，收 到了良好效果，保障了该采区的安全开采[2]。 1工程概况及地质条件分析 辛置煤矿位于霍州矿区南部，距霍州市 15 km，矿 井井田面积 59.08 km2，稳定可采的煤层为 4煤层，设 计生产能力为 5.0伊106t/a。根据 2015 年矿井总体衔接 安排，为理顺衔接顺序，集中合理生产，必须实现东 四采区北翼 4 个工作面投产。 东四采区在 -45 m 水平北翼轨道大巷掘进采区下 山，下山布置在 3煤层附近，3煤层厚度 0.6耀0.8 m， 顶底板分别为平均厚 11 m 和 8 m 的砂质页岩，3煤层 与 4煤层间距 14 m，3煤层与 2煤层间距 28 m。2 煤层和 4煤层均已回采，4煤层顶板为平均 4 m 厚的 石灰岩，硬度较高[3]。 2泄水钻孔深孔爆破基本原则和原理 2.1泄水钻孔爆破基本原则 在泄水钻孔内进行深孔爆破，以破坏积水区岩层的 完整性为原则，使水能够通过爆破震动产生的裂隙导 出，从而加快放水速度，减少钻孔工程量，缩短追排水 工程时间，提高作业效率[4]。 2.2深孔爆破原理 深孔爆破理论认为，炸药爆炸后，在岩石中形成以 装药为中心的由近及远的不同破坏区域，依次为压裂 区、裂隙区和弹性振动区[5]。 炸药爆炸的瞬间应力波作用于周围介质，岩石中的 原始损伤裂纹在应力波的作用下开始扩展；同时炸药爆 炸时产生的高温高压气体作用在裂纹的尖端，使得该区 域径向应力增大，当岩石中裂纹尖端的应力强度因子大 于岩石材料的断裂韧性时，裂纹进一步扩展，引起裂隙 范围再次扩大。炸药附近的裂隙相互贯通，岩石破碎成 块形成压裂区，压裂区以外的破坏区为裂隙区。 3深孔爆破技术工程实践应用分析 以辛置煤矿东四采区北翼追排水工程为例，在 3 煤层附近掘进轨道下山，已进行了三个阶段的放水，至 第四放水阶段时该下山已掘进到 -219 m 标高，第四临 时泵房底板标高为 -217 m，水位已疏放至 -188 m 标 收稿日期2020-01-21 作者简介董超，1990年生，男，山西霍州人，2015年毕业于中 国矿业大学地质工程专业，助理工程师。 辛置煤矿防治水作业中深孔爆破技术的实践 董超 （ 霍州煤电集团辛置煤矿探放水队，山西 霍州 031412 ） 摘要 在辛置煤矿东四采区北翼追排水过程中，打钻放水作业存在泄水钻孔不出水或被堵塞等问题。为此，决定采 用深孔爆破技术对该采区实施防治水。分析了泄水钻孔深孔爆破的基本原则和原理，并结合北翼追排水工程实例对深孔 爆破技术应用成果进行了验证。 关键词 煤矿；防治水；深孔爆破；泄水钻孔 中图分类号 TD235.33文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0180-02 Practice of Deep Hole Blasting Technology in Water Control Operation in Xinzhi Coal Mine DONG Chao Water Exploration and Drainage Team of Xinzhi Coal Mine, Huozhou Coal Electricity Group, Huozhou 031412, Shanxi, China Abstract In the process of drainage in the north wing of No.4 mining area in the east of Xinzhi Coal Mine, there are some problems in drilling and drainage, such as no water or blockage in the drainage hole. Therefore, it is decided to use deep hole blasting technology to prevent and control water in the mining area. This paper analyzed the basic principles and theory of the deep hole blasting in the water release hole, and validated the application results of the deep hole blasting technology with the example of the north wing drainage project. Key words coal mine; water control; deep hole blasting; water release hole （总第 178 期） 实践运用 180 2020 年 7 月2020 年第 7 期 （上接 84 页） 实践表明，采用沿空留巷回采技术后，减少了巷 道掘进量，降低了吨煤成本，提高了薄煤层的回收率。 但在此过程中也存在巷道压力大、顶板下沉和底鼓现 象比较严重、复用巷道条件较差的问题。文章详细介 绍了沿空留巷过程中工作面巷旁充填工艺的整个流程， 以期为有关的沿空留巷施工提供一定的参考。 参考文献 ［1］ 姜圣贤.浅埋煤层柔模混凝土沿空留巷支护稳定性分析 ［J］ .陕 西煤炭， 2019， 386 185-187. ［2］ 张建明.中厚煤层切顶卸压沿空留巷技术及应用 ［J］ .当代化 工研究， 201915 85-86. ［3］ 梁滔铄.综采工作面沿空留巷柔模浇筑技术研究 ［J］ .煤， 2019， 2810 42-43. ［4］ 李卫伟.沿空留巷巷旁充填体合理宽度研究 ［J］ .能源技术与 管理， 2019， 445 87-88. （ 责任编辑白洁 ） 高，基本属稳定状态。依据全国实际资料来看，底板 受构造破坏块段突水系数一般不大于 0.06 MPa/m，正 常块段不大于 0.1 MPa/m。第四临时泵房底板下部石灰 岩顶面标高为 -236 m，二者间距为 48 m，因此底板隔 水层承受的水头压力为 0.48 MPa，巷道底板与下部石 灰岩顶面垂直距离为 21.6 m。底板突水系数计算式为 T P M 0.48 21.6 0.022 MPa/m，1 式1中，T 为突水系数，MPa/m；P 为底板隔水层承受 的水头压力，MPa；M 为底板隔水层厚度，m。 计算得突水系数 T0.022 MPa/m约0.06 MPa/m，符 合规定。东四采区下山层位关系如图 1 所示。 单位m 图 1东四采区下山层位关系 在 -217 m 标高处做泵房水仓及钻窝，向 4煤层采 空区及老巷道打钻进行放水。为防止钻孔打入老巷道 后进行放水时被老巷道内杂物和淤泥堵塞，设计钻孔 打至下部老巷道顶板石灰岩层位即停止，在石灰岩中 进行深孔爆破，使老巷道顶板形成人工裂隙，从而使 积水顺老巷道顶板裂隙从泄水钻孔放出 （钻孔位置如 图 2、图 3 所示）。预计 -217～-188 m 积水量约为 2.6伊105m3，水头高度为 29 m，水压为 0.29 MPa，设计 最大放水量为 12 m3/min，正常放水量为 10 m3/min，当 水位降到 -217 m 标高时，预计正常动水量为 8 m3/min。 4结语 通过泄水钻孔内深孔爆破，使隔水岩层形成人工 裂隙，从而使积水顺老巷道顶板人工裂隙从泄水钻孔 放出，不仅减少了钻孔的工程量，还有效解决了因钻 孔堵塞造成的放水工期长等问题，取得了良好的放水 效果。目前，通过多阶段的追排水工作，辛置煤矿东四 采区北翼水淹区从水位 -10 m 已顺利排放至 -265 m 水 平，为东四采区北翼开采的恢复和正常生产衔接提供 了有力保障。 图 2钻孔爆破位置示意图 图 3爆破效果示意图 参考文献 ［1］ 马婧.浅析杨柳煤矿矿井水文地质条件及防治 ［J］ .西部探矿 工程， 2014， 269 163-165. ［2］ 刘斌.矿井含水层之间的联系及带压开采条件分析 以焦煤正 利煤业为例 ［J］ .山西科技， 2012， 273 76-77. ［3］ 李本军， 刘海新， 刘晓威.突水系数法在煤矿深部开采中的应 用 ［J］ .河北工程大学学报自然科学版， 2011， 283 68-70. ［4］ 张荣华.两种突水系数计算公式的比较 ［J］ .中国煤炭地质， 2012， 247 44-47. ［5］ 陈秋宇， 黄文尧， 袁胜芳， 等.煤矿深孔预裂爆破技术应用研 究 ［J］ .工程爆破， 2011， 172 37-39. （ 责任编辑刘晓芳 ） 443运输巷 （-186.9） 第四放水阶段 钻孔 447运料巷 （-234.5） 447运输巷 （-259.15） 第三放水阶段 轨道下山 （-217） 3 6 -180 （-188） -200 -220 -240 -260 大煤验证孔 正前 右正前1号 右正前2号 右帮 447采空区 单位m 深孔爆破 人工导水裂缝 石灰岩 积水老巷道 钻孔 钻窝 董超 辛置煤矿防治水作业中深孔爆破技术的实践 181