煤矿主要开采方法及炮采方法概述

煤矿主要开采方法

及炮采方法概述煤矿主要开采方及炮采方法概述摘要：随着社会的发展，科技的进步，矿井开采方式也有了巨大的进步，机械化开采正逐步取代炮采，但针对我国的现状，作为我国现阶段煤矿井下开采的一种重要方法，炮采仍然占着不可替代的地位，随着科学技术水平的提高，炮采技术也应朝着安全化、有消化、目标化迈进。关键词：煤矿炮采长壁采煤爆破安全管理关键词：煤矿炮采长壁采煤爆破安全管理煤炭是工业的粮食，我国一次能源消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭开采技术随着煤层赋值条件的不同而有很大差异，多种多样的煤层赋值条件也决定了我国在煤矿开采方面方法的多样性。据不完全统计，我国目前的采矿方法有50种，是世界上采煤方法最多的国家之一。目前我国长壁采煤工作面采用炮采、普采和综采三种采煤方法。爆破采煤工艺，简称“炮采”，其特点是爆破落煤，爆破及人工装煤，机械化运煤，用单体支柱支护工作空间顶板。随着技术装备的发展，我国炮采工艺经历了三个主要发展阶段：建国初期改革采煤方法；推行长壁采煤工艺，工作面采用拆移式刮板输送机运煤，木支柱支护顶板，生产效率极低，工作极为繁重，劳动条件差；20世纪60年代中期开始，采用能力较大、能整体前移的可弯曲刮板输送机运煤，用摩擦式金属支柱和铰接顶梁支护顶板，使工作面单产和效率有较大提高，劳动强度有所降低；进入80年代，炮采工作面的装备和技术手段更新速度加快，用防炮崩单体液压支柱代替摩擦式金属支柱，工作空间顶板得到有效控制，生产更加安全，支护工作效率提高，而且工作面输送机装上铲煤板和可移动挡煤板，使80%~90%的煤在爆破和输送机时自行装入输送机，同时工作面采用大功率或双速刮板输送机运煤和毫秒爆破技术，进一步提高了生产效率。普通机械化采煤工艺，简称“普采”，其特点就是采煤机械同时完成落煤和采煤工序，而运煤、顶板支护和采空区处理与炮采工艺基本相同。综合机械化采煤工艺，简称“综艺”，即装、破、运、支、处五个主要生产工序全部实现机械化，因此综采时目前最先进的采煤工艺。世界先进的煤炭生产国，凡以长壁为主的都已全部或大部份实现综合机械化采煤[1]我国机械化采煤技术发展较快，但由于我国是一发展中国家，原有工业基础较为薄弱，从而决定了以炮采为主要开采方法的现状。概述矿山爆破是把矿岩从矿体中剥落下来，并按工程要求爆破成一定的爆堆，破碎成一定的块度，为随后的采、装、运工作创造条件。矿山用炸药有硝铵类炸药、水胶炸药、硝化甘油炸药以及乳化油炸药等。我国矿山最广泛使用的炸药是硝铵类炸药，包括铵梯炸药、铵油炸药、铵松蜡炸药以及含水硝铵类炸药等。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的煤矿井下工作面或工作地点应使用经主管部门批准，符合国家安全规程规定的煤矿许用炸药。常用的起爆器材有雷管（火雷管、电雷管）、导爆索、导爆管、导火索等。根据使用的起爆器材的种类，起爆方法有火雷管起爆法、电雷管起爆法、导爆索起爆法和导爆管起爆法及联合起爆法。煤矿井下静止使用明火起爆，只能采用电能激发的电雷管。为了保证爆破作业的安全可靠，防止拒爆，一般在较大规模爆破时使用联合起爆法起爆，同时敷设两种起爆网路。常用的爆破技术，主要有以下几种：2.1定向爆破。使爆破后土石方碎块按预定的方向飞散、抛掷和堆积，或者使被爆破的建筑物按设计方向倒塌和堆积，都属于定向爆破范畴。土石方的定向抛掷要求药包的最小抵抗线或经过改造后的临空面而形成的最小抵抗线的方向指向所需抛掷、堆积的方向；建筑物的定向倒塌则需利用力学原理布置药包，以求达到设计目的。定向爆破的技术关键是要准确地控制爆破时所要破坏的范围以及抛掷和堆积的方向与位置，有时还要求堆积成待建构筑物的雏形（如定向爆破筑坝），以便大大减少工程费用和加快建设进度。对大量土石方的定向爆破通常采用药室法或条形药室法；对于建筑物拆除的定向倒塌爆破，除了合理布置炮孔位置外，还须从力学原理上考虑爆破时各部位的起爆时差、受力状态以及对旁侧建筑物的危害程度等一系列复杂的问题。2.2预裂、光面爆破。常常把预裂和光面两种爆破技术并提，这是由于两者的爆破作用机理极相同的缘故，光面、预裂爆破的目的在于爆破后获得光洁的岩面，以保护围岩不受到破坏。二者的不同在于，预裂爆破是要在完整的岩体内，在爆破开挖前施行预先的爆破，使沿着开挖部分和不需要开挖的保留部分的分界线裂开一道缝隙，用以隔断爆破作用对保留岩体的破坏，并在工程完毕后出现新的光滑面。光面爆破则是当爆破接近开挖边界线时，预留一圈保护层（又叫光面层），然后对此保护层进行密集钻孔和弱装药的爆破，以求得到光滑平整的坡面和轮廓面⑵。2.3微差爆破。微差爆破是一种巧妙地安排各炮孔起爆次序与合理时差的爆破技术，正确地应用微差爆破能减少爆破后出现的大块率、减少地震波、空气冲击波的强度和碎块的飞散距离，得到良好的便于清挖的堆积体3］。掌握微差爆破技术的关键是时间间隔的选择，合理的时差能保证良好的爆破效果，反之就造成不良后果，达不到设计目的，甚至出现拒爆、增大地震波的危害等事故。着眼将来，这种技术还有更为广阔的发展前途4］。2.4控制爆破。近年来我国爆破界突起一支新的技术队伍，各地成立了许多专业的爆破公司。这些公司大多数专营城市拆除爆破业务，是适应许多新老企业需要新建、改建、拆迁的需要应运而生的。近些年来社会上出现的燃烧剂、静态膨胀破碎剂以及水压爆破，都可以归纳为控制爆破之内，使用时可以根据爆破的规模、安全要求和被爆破对象的具体条件选择合理有效的爆破方法［5"2.5聚能爆破。多少年来炸药爆炸的聚能原理和它所产生的效应，只是用作穿甲弹的军事目的，近年来才逐渐转为民用，从而可以列入工程爆破的范畴之内。例如利用聚能效应在冻土内穿孔，为炼钢平炉的出钢口射孔，为石油井内射孔或排除钻孔故障以及切割钢板等等。聚能爆破与一般的爆破有所不同，它只能将炸药爆炸的能量的一部分按照物理学的聚焦原理聚集在某一点或线上，从而在局部产生超过常规爆破的能量，击穿或切断需要加工的工作对象，完成工程任务。由于这种原因，聚能爆破不能提高炸药的能量利用率，而且需要高能的炸药才能更显示聚能效应。因此，目前聚能爆破由于经济原因，在工程上还没能普遍推广应用。聚能爆破技术的使用要比一般的工程爆破要求严格，必须按一定的几何形状设计和加工聚能穴或槽的外壳，并且要使用高威力的炸药⑹。2.6其它特殊条件下的爆破技术。爆破工作者有时会遇到某种不常见的特殊问题，用常规施工方法难以解决，或因时间紧迫以及工作条件恶劣而不能进行正常施工，这时需要我们根据自己所掌握的爆破作用原理与工程爆破的基础知识，大胆设想采用新的爆破方案，仔细地进行设计计算，有条件时还可以进行必要的试验研究，按照精心设计、精心施工的精神组织工程实施，解决当前的工程难题。之所以提出这样的要求，是因为爆破工程与其它工程有所不同，效果的表露在1~2s之内就能显现，然而不恰当的爆破，后果却会造成很严重的影响，甚至难以采取补救措施[7]爆破作业的主要安全规定各种爆破作业必须使用符合国家标准或行业标准的爆破器材，不准使用擅自制造的炸药。进行爆破工作的群采矿山、矿点，必须设爆破工作负责人、爆破员和爆破器材保管员。这些人员应了解所使用的爆破器材的性能、爆破技术和有关的安全知识。凡从事爆破工作的人员，都必须经过培训，考试合格并持有合格证。进行浅眼爆破时，应有爆破说明书。其内容包括装药量、装药结构、填塞长度、起爆方法等。爆破作业地点有以下情况之一时，禁止进行爆破作业：有冒顶或边坡滑落危险；通路不安全或通路阻塞；进行中深孔、深孔爆破时，爆破参数或施工质量不符合设计要求；工作面有涌水危险或炮眼温度异常；危险边界上未设警戒；光线不足或无照明。进行爆破器材加工和爆破作业人员禁止穿化纤衣服；在大雾天、雷雨时、黄昏、夜晚，禁止进行露天爆破。装药时，必须遵守以下规定：用木制炮棍；装起爆药包时，严禁投掷或冲击；一旦起爆药包没装到位，禁止拔出或硬拉起爆药包中的导火索、导爆索、导爆管或电雷管脚线，应按处理盲炮的有关规定处理。进行填塞工作时，必须遵守以下规定：装药后，必须保证填塞质量，禁止采用无填塞爆破;浅孔爆破时，一般填塞长度为孔深的1/3；禁止使用石块和易燃材料填塞炮孔；堵塞要十分小心，不得破坏起爆线路；禁止捣固直接接触药包的填塞材料或用填塞材料冲击起爆药包。炮响完后，经过充分通风，才准进入爆破作业地点。爆破工作开始前，必须确定危险区的边界并没置明显的标志。地下爆破应在有关通道上设置岗哨。回风巷应设路障，并挂上“爆破危险区，不准入内”的牌子。爆破前必须同时发出音响和视觉信号，使在危险区的人员能够听到、看到。爆破后，经检查确认安全时，方可发出解除警戒信号。爆破员进入放炮地点后，应检查有无冒顶、危石、支护破坏和盲炮现象。如果发现有这些现象，应及时处理。若不能处理时，应设立危险警戒或标志。常用的处理盲炮的方法有重新起爆法、诱炮法、打平行眼装药爆破法、用水冲洗法。起爆安全技术4.1火雷管起爆的安全技术火雷管起爆易产生的事故原因包括导火索及火雷管的质量问题、火雷管的早爆、火雷管起爆的延迟、火雷管起爆的拒爆。主要预防措施包括：加强导火索及雷管的制造、存储、运输等的管理工作，认真选购和检查导火索和雷管，严格控制导火索和火雷管的质量。建立健全检验制度，在操作中避免过度弯曲或折断导火索，由专人听炮响声并数炮，或由数炮器数炮。有瞎炮或可能有瞎炮时，应加倍延长进入炮区的时间。加强爆破员的培训，提高其专业知识水平，改进操作技术。4.2由雷管起爆的安全技术电雷管起爆易产生的事故原因有电雷管的早爆、拒爆、延迟爆炸等。杂散电流、雷电和静电是引起电雷管起爆早爆事故的主要因素。预防杂散电流的主要措施有：采用防杂散电流的电爆网路；采用抗杂散电流的电雷管；采用非电起爆方法；加强爆破线路的绝缘，不用裸线连接。预防雷电引起早爆的措施包括：禁止在雷雨天气进行电雷管爆破；在爆破区内设立避雷系统；采用屏蔽线爆破；采用非电起爆方法。预防静电产生早爆事故应采取的措施包括：增加炸药水分；采用抗静电雷管；采用非电起爆方法。为了减少电雷管拒爆和延迟爆炸现象的发生，除了要严格检测爆破器材，保证爆破器材的质量外，还要采取准确可靠的起爆网路，消除网路设计方面的差错，同时严格执行操作规程。4.3导爆管起爆和导爆索起爆的安全技术在设计导爆管起爆网路时，不能采用环形网路，即传爆的初始位置与终了位置不能相隔太近。在有瓦斯的情况，禁止使用导爆管。应特别注意采用正确的连接方法，防止导爆索网路拒爆事故的发生。爆破器材的储运和管理爆破器材库的位置、结构和设施等的设置，要符合《爆破安全规程》的规定和要求，经主管部门的审定，并报当地公安局批准。爆破器材的管理存放、收发和运输必须符合《爆破安全规程》的有关规定。经过检验，确认失效的爆破器材或不符合国家标准或技术条件的，都应销毁。销毁爆破器材时，必须登记造册并编制书面报告，报告中应说明被销毁爆破器材的名称、数量、销毁原因、销毁方法、销毁地点和时间，并报有关部门。爆破事故的预防要预防爆破事故的发生，主要措施如下。保持爆破安全距离爆破时必然会产生爆破地震、空气冲击波、碎石飞散及有害气体，因而危及爆区附近人员、设备、建筑物及井巷等的安全。因此，爆炸设计时必须确定爆破危害范围并指定安全距离。安全距离主要包括爆破地震的安全距离、爆破空气冲击波的安全距离、个别碎石飞散的安全距离、电力起爆的安全距离、爆破有害气体扩散安全距离。精心设计在设计之前必须做到情况明确；设计时要确定最大允许药量，然后合理选取爆破参数，选择合理的延发时间，作出切实可行的爆破方案；制定爆破事故预防措施；对设计文件要严肃审核把关。精心施工各级人员持证上岗，组成严格的管理体制；根据工程特点，分别制定各种安全制度、岗位责任、关键技术操作细则；按规程要求做好爆破器材检验；确保装药、堵塞、连线三个关键工序的施工质量；做好爆后安全检查和处理。加强安全管理按规程要求报管理部门审批、备案；建立、健全严格的指挥管理组织；建立质量保证体系，制定质量保证大纲和各工序质保程序。[8]就目前煤矿地下开采技术发展趋势看，综采时采煤工艺的重要发展方向，它具有高产、高效、安全、低耗及劳动条件好，劳动强度小的优点，但设备价格昂贵，对煤层要求高。普采设备价格便宜，对推进距离短，形状不规则，小断层和褶曲发育的工作面，可取得较好的效果。炮采工艺的主要优点是技术装备投资少，适应性强，操作容易掌握，生产技术管理比较简单，是我国目前仍然较多采用的一种采煤方法，可单产和效率低、工作强度大、老动环境差。由于我国国情和每天地质条件的复杂性，决定了我国煤矿技术装备时多层次性的，在一个相当长的时期内，必将是综采、普采、炮采三种工艺方式并存。参考文献:周源.中深孔爆破在生产中效果的改善[J].凿岩机械气动工具,2009温润国，周永辉，于鲁海.中深孔光面爆破在煤矿掘进中的应用[J].煤炭技术，2009赵强，谢