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这种炸药,为晋能控股安全高效开采特厚煤层帮大忙

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井下几百米,伴随钻机在工作面顶板近于垂直钻出孔深30米、孔直径65毫米的深孔,放炮工用特制的工具将炸药小心放置入孔,经一路跋涉,状似凝胶的炸药充满孔间,导爆索引爆后,只听“咚”的一声,被选中的顶板区域像切豆腐块一般在内部形成了平面型裂缝,而顶板表面依旧风波不动,当工作面周期来期后,爆破产生的裂缝随之扩散,破坏了顶板完整性,加快悬板垮落,消除了因悬板及高应力动压环境造成的安全隐患。

这一幕发生在晋能控股煤业集团塔山矿8226工作面的作业现场。而创造这样安全开采环境的功臣正是高性能水胶炸药,它身形玲珑却能量巨大,一举解决了传统方法无法实现的特厚煤层顶板卸压所需致裂的平面型裂缝。它究竟有何特别之处?

作为具有世界竞争力和影响力的能源企业,晋能控股集团突破了诸多技术藩篱,在双系煤层开采、坚硬顶板致裂、特厚煤层开采等方面均取得了瞩目成绩,保持着校企合作、成果转化、技术领先的发展优势。而原本与开采匹配的使用技术也正更新换代,一日千里。

基于大同矿区典型的厚层坚硬顶板地质情况,在生产过程中坚硬顶板滞后断裂,容易形成采空区悬板等动力灾害,鉴于深孔定向爆破技术优点,结合坚硬顶板、厚煤层、特厚煤层实际,寻求一种与之匹配的煤矿深孔高效爆破的炸药迫在眉睫。由晋能控股集团与中国矿业大学强强合作研发的高性能水胶炸药2020年在国内首次尝试便一炮打响。

高性能水胶炸药通过改变煤矿用水胶炸药组分配比,实现其在物理形态上的流动特性,解决了大角度深孔装药、长距离封孔的技术难题。

此外,该种炸药被耦合对称固定于专用聚能管中,在爆破瞬间,能聚合爆破威力靶向发力,像百不失一的神枪手弹无虚发,具有威力大、震动小、产生有害气体少等优点,是不可多得的实现了三级煤矿的安全性同时兼具二级煤矿许用炸药爆破力的“宠儿”。

历经年余理论实验,2020年,晋能控股集团率先选址在云冈矿408轨道巷完成两个月的现场测试,随着现场爆破发 出的闷墩声响,爆破孔与观测孔贯通完全,起爆后顶板破坏充分,爆破效果堪称完美。

实践检验真知。随后的时间里,高性能水胶炸药便在百里煤海被委以重任。

塔山矿2#层8305无煤柱工作面就是高性能水胶炸药的绝好试金石。作为晋能控股集团第一个开采石炭系煤层的特大型矿井,塔山矿煤层平均厚度14-20米,属特厚煤层坚硬顶板地质情况。随着开采范围不断扩大,采空区顶板稳定性变差,不能及时垮落,相邻工作面在回采时受侧向支承应力影响较大,临空巷道变形严重,成了制约矿井安全高效生产的棘手问题。而传统致裂手段,只能实现顶板体积压裂,无法产生顶板卸压所需要平面型裂缝,极易形成悬板,带来安全隐患。

该工作面的5305巷道启用高性能水胶炸药,成功实施切顶卸压无煤柱作业,取得良好的顶板平面定向致裂效果,收获了不俗口碑。

同时,结合晋能控股集团大范围实施小煤柱开采作业的实际情况,对不同地质环境的矿井提出了技术上的要求,针对坚硬顶板特厚煤层,怎样才能找到“金刚钻”达到理想的致裂效果呢?

有了无煤柱应用的显著效果,高性能水胶炸药仿佛一道惊雷,劈裂厚重顶板桎梏,赢得了安全的良好局面。

2021年7月,在塔山矿8303工作面,高性能水胶炸药第一次就在孔深18米的环境里小试牛刀。它表现优异,不负重望,实施了工作面超前支护段的切顶卸压,当工作面周期来压后,上覆顶板顺利垮落,阻断了高应力,减小顶板压力,创造了安全的生产环境。

此后,高性能水胶炸药便青云直上,爆破孔深从18米、20米、26米再到如今的30米,当导爆索引爆瞬间,它拼尽全力释放,变身能量巨大的勇士,向特厚煤层坚硬顶板发起冲击,最终一炮冲天,致裂出完美的顶板平面定向切割效果,为现代化安全高效开采保驾护航。

大同矿区是我国最大的煤炭生产基地之一,属厚层坚硬顶板特殊地质构造,且层数多、厚度大、强度高。基于此情况企校联合研发的高性能水胶炸药成功测试后便迅速在塔山矿一显身手。

此外,晋能控股集团在“一矿一策、一面一策”的小煤柱科学开采管理规定下,2021年3月下发了《关于进一步强化回采工作面切顶卸压管理的通知》,明确要求在实施小煤柱作业时,相邻工作面必须在回采期间切顶卸压,为科学合理的小煤柱作业创造理想的应力环境,更加保障安全生产。

而实施小煤柱的矿井地质情况各异,针对特厚煤层坚硬顶板,高性能水胶炸药的成功研发以及在特厚煤层深孔聚能切顶爆破中的应用就正当其时。

一键启停指令启动,智能化设备便开始按部就班地有序作业。支架像列队的士兵整齐排列,自动完成跟架移架,综采设备根据设置参数在煤壁上割出优美的采煤轨迹。这是晋能控股集团先进产能智能化作业的塔山矿实时作业场景。“我们目前已有四个小煤柱综采工作面成功应用了该项爆破技术,在工作面超前支护段实施爆破切顶卸压,端头悬板垮落及时,消除因为悬板及高应力动压环境造成的安全隐患,不影响正常生产,同时也切断了与相邻未采工作面顶板联系,工作面动压也得到有效控制,节约了巷道二次维护成本,可谓一举多得。”塔山矿生产技术部部长王御军说。

突破常规的密集打孔成本高、水力致裂方法定向效果差、传统爆破深孔装药、封孔效率低的藩篱,高性能水胶炸药在特厚煤层深孔聚能切顶爆破中的应用一脉相承,克服了钻眼爆破中“炸药爆炸瞬间威力大、但致裂范围不足”的缺陷。因此,高性能水胶液体炸药应用范围极具推广性。

大同矿区双系煤层开采国内罕有,上部侏罗系煤层采空区遗留煤柱,以及火成岩和含砾砂岩顶板赋存条件,都容易诱发下部石炭系特厚煤层开采中的强矿压显现,影响矿井安全生产。结合井下作业空间局限,从下部石炭系采场向上致裂侏罗系煤柱及坚硬顶板工艺存在困难,如将高性能水胶炸药经地面钻孔超前实施预裂爆破,可有效改观此种情况。既规避了井下爆破作业的安全问题,又降低了爆破对采场的扰动影响,是趋利避害的上佳方法。

科技兴则企兴,只有实现高水平科技自立自强,企业才能乘风破浪,加速起航。晋能控股集团在全方位推动企业高质量发展的征途上厉兵秣马,奋发图强,这也正是推动无数科技项目转化应用的初心使命。

(网易山西 白金 赵江芳 通讯员 刘雨亭 刘洋)

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