二氧化碳爆破采掘装备及技术研究

张永政

【摘 要】本文为了解决煤矿巷道掘进中的问题,研制了一套完整的二氧化碳掘进设备,提出了二氧化碳爆破巷道掘进技术,并在现场进行应用.研究表明,二氧化碳爆破器可用于煤矿井下巷道开挖,它具有安全性高、爆破效果好和工作环境好、开挖成本低等诸多优势.

【期刊名称】《世界有色金属》

【年(卷),期】2019(000)009

【总页数】2页(P161-162)

【关键词】二氧化碳爆破技术;半径;环境质量

【作 者】张永政

【作者单位】新巴尔虎右旗荣达矿业有限公司,内蒙古 呼伦贝尔 021300

【正文语种】中 文

【中图分类】TD421

煤炭是我国的主要能源，根据调查，我国90%的煤炭都在地表下，因此，巷道掘进在井工开采煤矿的生产中占有重要地位，而巷道掘进工程约占巷道掘进总数的70%。本文对于具有复杂地质条件、煤层赋存变化大、严重的天然气灾害，以及煤岩性质变化大的煤矿，提出了一种有效的二氧化碳爆破掘进新设备和技术[1]。

1 二氧化碳爆破概述

二氧化碳爆破始于20世纪50年代，并于80年代在美国开始发展[2]。它主要用于高瓦斯矿井采煤工作面，以避免因爆破火焰引起的爆炸事故。其有着以下优势：①气体比炸药更有安全性，不属于民爆产品，运输、储存和使用不需要审批。②无需炸药审批的繁琐程序和门的严格监管。③爆破过程中无破坏性震动和短波，扬尘比例降低，对周围环境影响不大。④复杂的作业环境均可使用，煤矿及矿山领域。⑤二氧化碳气易采购，部分装置可重复使用。⑥多个爆破筒可同时并联，爆破威力大，爆破后岩石个体大。

2 二氧化碳爆破掘进试验方案

（1）试验场地概况。试验场地为位于上煤层中部的某煤矿M6煤层回风巷道，可采厚度为0.80m～3.20m，采矿层的稳定指数接近20，0.5的变异系数，矿层顶底板部位为泥质矿物，可归类为中等厚度矿层，依照掘进实验得出的结论，在200MPa爆破压力作用下，使用75毫米的挖掘机进行采掘。

（2）试点方案的设计。使用二氧化碳引爆技术完成回风巷道掘进，通过对比考察落煤块度、抛煤距离、产生的有毒有害气体量等指标，评估二氧化碳爆炸掘进对常规爆炸掘

进的影响。

钻孔布置。为满足巷道掘进的要求，钻孔直径78mm，长度2.10m。由于二氧化碳爆破技术的特殊性，开孔位置要低于传统的炸药爆破位置，最下面的切削孔位于底板附近，以实现同时咬边。硬质岩石切割部分需增加空辅助孔，用以创造自由面；在底板附近增加布置辅助孔和周边孔，满足底层的需求[3]。

钻井施工工艺。为了加快试验过程，提高钻井效率，采用复合钻井技术进行钻孔施工。

试验效果考察方法：①爆破影响半径调查。爆破后，矿体发生坍塌后二氧化碳开采器也会随之掉落，钻井工作面爆破区域周围出现一些孔洞，出现这一情况工作人员应第一时间记录空洞形状，进行制图，然后测量其几何半径。

爆破影响半径调查是针对矿区不同地质条件和开采条件开展二氧化碳开采技术的第一步，其研究为后续钻井布置提供了重要的参数指导。②爆破后落煤距离调查。由于爆破钻孔释放的瞬时能量，不但破坏了钻孔周围的煤岩体，使煤岩体从原矿体中剥离，同时，由于炮孔分布、装药方式和起爆方式的不同，煤岩体会以不同的方式垮落在巷道的自由面上，进行爆破后矿体的坍塌情况会对后期的清理工作与运输工作造成一定的影响，若矿体坍塌岩体散落太远，会给工作人员带来一定施工难度，工作效率也大大降低，所以从爆破工作面的爆破效果可以看出爆破技术是否达到标准。③环境质量调查。爆破后，工作面会产生大量的粉尘和烟气，甚至有毒有害气体。矿井巷道内释放出的有害气体不仅对井下工作人员的身体健康造成影响而且工作效率也会大大降低，如果处理不当还会出现人员的窒息、瓦斯爆炸、粉尘爆炸、中毒事件等等，所以，爆破后工作面环境数据是评价爆破效果的重

要综合技术指标。④技术效果的比较研究。为了研究二氧化碳爆破开采器的爆破效果及其先进技术，与传统的炸药爆破相比，采用抛煤距离、有毒有害气体等指标进行评价。

3 试验成果及分析

（1）钻孔影响半径。①工作面单孔爆破形成的孔与钻孔在工作面断面上的相对位置存在明显差异；②爆破钻孔处于中间位置时，爆破孔呈现出规则的圆形，经爆破冲击后其最大的爆破孔半径超过1米；③矿层的底板、顶板及巷道的周围开挖爆破孔时，受矿井巷道的，不同位置的爆破孔无规律可寻，但爆破孔的位置也有约束测被“破坏”的共同特点，可以归纳为椭圆形钻孔延伸受到阻碍；④一旦待爆破区域的地质发生变化，矿物特性也会发生一定变化，椭圆形爆破钻孔的延伸会受到影响，钻孔曲线上受到一定阻碍。空洞形状的爆破孔会引起岩体敏感，爆破效果明显。矿体中出现介质分层区域，由于非均质性导致大量的爆破能量损失，其爆破效果较差。

（2）抛煤距离。单孔爆破时，抛煤距离通常为0m～2.5m，全断面爆破距离为0m～3m，这样的距离能更好地满足工作面采清煤的需要。

（3）环境质量分析。无论采用单孔爆破，还是全断面爆破，巷道空气中有毒有害气体的浓度不超标，一方面，从根本上预防了有毒有害气体浓度引起的瓦斯爆炸、粉尘爆炸、工人窒息等事故；另一方面，改善了巷道的工作环境，有助于工人的身心健康。

（4）技术经济指标对比分析。二氧化碳爆破在各项技术指标上均优于传统炸药爆破。可见，二氧化碳爆破技术能完全取代传统的炸药爆破技术，同时在主要技术指标上有着显

著的优势。

采用二氧化碳爆破技术对1600米煤巷进行了800次循环开采，历时159天，平均每天144小时，平均每天10米，累计产煤6240吨，没有发生事故。从经济指标上比较了二氧化碳爆破工艺与传统炸药爆破工艺，见表1。

表1 爆破经济指标对比序号 对比指标 传统炸药爆破工艺 开采器工艺1 掘进速度/(m·月-1) 900～100 300～360 2 爆破成本/（万元·m-1） 800～1200 700～1000 3 落煤售价/（元·t-1） 280 320 4 爆破工时效率/（m·工-1） 0.020 0.069 5 千米事故起数/次 2 0 6 掘进附加成本/（元·m-1） 600～700 300～500

由表1表明，二氧化碳爆破技术的经济指标绝对优于传统爆破技术，其掘进速度提高2倍～3倍，工作效率提高2.3倍，爆破综合成本降低30%，实现了本质安全。

参考文献

【相关文献】

[1]王玉杰.爆破工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2014：36-39.

[2]李恒信.浅议炮掘巷道快速掘进技术[J].中国科技博览，2012(38)：16.

[3]李兴.二氧化碳爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用研究[J].能源技术与管理，2014，39(06)：167-168.