基于地质环境的放炮研究

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1放炮防护不当带来的问题

放炮产生的煤矸抛掷物、冲击波经常会给安全生产带来很大影响:损坏设备。放炮抛掷的煤矸、冲击波损坏的主要是支架各结构部件、工作面内铺设的各种电器设备(电缆、电液控操作站、照明灯、载波电话、矿压监测设备)、管路(液压、压风、排水)。尤其是电液控元件，如果遭受损坏会造成支架无法动作，甚至整个电液控系统瘫痪。堆积煤矸。放炮经常造成支架内、支架前堆积煤矸，造成无法正常生产，需要进行人工清扫。抛掷堆积的煤矸主要以直径10～40mm的矸石为主，同时作业地点空间狭小，造成清扫不便，增加了工人劳动量。降低开机率、人员工效。放炮损坏设备、堆积煤矸，造成作业环节、时间的增加，减少了开机时间，降低了开机率。在作业人员不变的情况下，也造成工作面回采工效的下降。造成安全隐患。放炮损坏设备、堆积煤矸，造成更换设备、清扫煤矸的作业环节增加，既加大了设备维护工作量，也给日常检查、使用、保养带来不便。在增大工人劳动强度的同时，也降低了人员反应灵敏度。上述原因增大了发生事故的概率。

2放炮破碎围岩机理

爆破时，炸药释放大量的能量，其中一部分能量破碎煤岩后将煤岩向自由面抛出，抛出的煤矸碎块具有一定的动能，具有破坏性。还有一部分能量以波(压缩波、稀疏波等)的形式向四周传播。这种在介质(煤体、空气)中以超声速传播并引起状态参数(压力、温度、密度)发生突越升高的压缩波就是冲击波。对煤壁传播的冲击波，通过煤壁后作用于空气，也具有破坏性。

3放炮防护不当的原因分析

放炮前对设备的防护不当，是发生损毁设备、堆积煤矸现象的主观原因。客观原因，工作面存在火成岩墙侵入及断层等地质构造，具有必然性S5－719工作面共发育断层11条，其中落差3m以上的6条。同时，七层煤局部受火成岩影响，被分为两个煤层，本工作面回采的是上部的煤层。工作面内的火成岩墙推进长度400m，另外局部也时常有火成岩侵入。而目前解决岩石问题，主要是采用打眼放震动炮，进行松动爆破的方式进行处理，没有其他更合适的方法，放炮必然会产生煤矸抛掷物，同时抛掷物、冲击波必然会对周围设备产生破坏。工作面放炮崩落的主要是岩石，硬度大、能量高由于放炮主要是针对岩石作业，飞散抛掷的多为质地坚硬的岩石。在相同体积的情况下，其质量、动能要比煤块大。同时岩石硬度也比煤块大，在与防护装置发生作用时，能量损失小。故而，一般的防护装置经不起岩石的破坏能力，进而造成防护效果不好或失效，从而损坏设备、堆积煤矸。工作面放炮地点设备集中、空间小由于综采工作面设备集中，工作面空间相对小，放炮时冲击波、抛掷物没有缓冲空间，只能直接作用在附近的防护装置上，支架的护帮板、顶梁无法掩护，直接受放炮冲击，而支架的设计通常对放炮考虑不多，故经常损坏支架的相关部件。抛掷堆积的煤矸主要以直径10～40mm的矸石为主，且堆积点多在在架前、架内，清扫时人工作业不方便，造成效率低。主观原因，对防护工作的重视不够以往放炮前，多采用皮带、木柈对支架的管路、操纵阀、电缆、照明灯、载波电话等进行简单掩护，有时只是局部掩护，没有实现全方位、全断面的设备防护，造成抛掷物崩坏设备的现象。同时，综采工作面地质构造的发生变化后，放炮地点也随之发生变化，相应的防护没有跟到位也是一个原因。对放炮的作用机理认识不足放炮时产生的冲击波先于抛掷物到达掩护物体，造成部分防护设备被先行的冲击波吹散，而起不到防护作用。同时，防护物(皮带、木柈)的防护能力不足，即使进行有效掩护，抛掷物仍然能够破坏设备。放炮产生的能量巨大，在狭小的空间内作用于设备，采用刚性材料无法满足防护要求，必须用柔性材料进行防护，吸收化解冲击波及抛掷物带来的动能。

4解决方法

将放炮崩落的煤矸挡在运输机上;材料柔软但有一定的强度，既能吸收冲击波、抛掷物带来的能量，又能保护设备;液压系统加设卸压装置，杜绝憋压损坏液压元件的现象;防护装置适应性强，能够适应工作面采高的变化;防护装置安拆、移动方便，便于使用，避免因防护笨重造成施工人员不愿使用的现象。具体做法围绕上述几点想法，采用双层皮带做防护装置，并进行全断面、全方位的防护。同时在受力的液压系统管路上增设卸载装置。采用双层皮带全断面、全方位进行设备防护采用皮带背钢板、木板的方式做防护材料。外层防护分上下两节，均采用ST－1600强力皮带，规格为1．2m×1．5m，上节皮带备有钢板。使用时，上下两节用螺丝连接，悬挂在支架顶梁上，并在下节后面背上木柈。既保证了强度，也有一定的缓冲能力。里层防护也分上下两节，采用与外层相同的皮带，分别固定在顶梁和大柱上，上下层皮带搭接200～500mm。采用双层皮带进行设备防护:在支架大柱前设置一层，在顶梁距大柱1．0m处设置另一层。做到全断面、全方位的防护，防护范围包括作业地点及前后5组支架。除运输机中部槽、支架部分顶梁和护帮板外，所有设备均被保护。增加液压管路卸压装置放炮时暴露的可伸缩顶梁、护帮板也是容易损坏的部件。为了解决这个问题，在支架的可伸缩顶梁、护帮板缸体回液管上安设一个球阀。在放炮前，将支架的可伸缩顶梁、护帮板缸体伸出200～300mm，并打开球阀。这样，放炮时作用于顶梁、护帮板的能量压缩缸内液体，得到了缓冲，卸载的液体则保护了液压系统。

5结语

放炮时，能量被两层皮带吸收，冲击波、煤矸无法通过皮带的防护，煤矸全部落在运输机上。挡护皮带采用上下两节构成，能够随采高变化及时调节，并且移设方便。同时在放炮段支架的伸缩顶梁、护帮板回液管路上加设卸载装置，起到了减压缓冲的作用。在应用上述方法进行综采设备防护后，工作面没有发生因放炮损坏设备的情况，减少了更换电液控操作站、电缆、照明、液压元件(护帮板千斤顶、液压管路、液压锁等)的环节和时间;同时，工作面放炮后，崩落的矸石全部抛落到运输机上，杜绝了人工清扫架前、架内煤矸的工作，放炮结束后可以直接开机，既解决了现场工人额外的作业劳动也提高了开机率，促进了该工作面安全生产技术的进步与发展，为大兴矿安全生产作出了积极贡献。

作者：郑杨单位：牛旺铁煤集团公司