崔潤彪

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深淺孔預裂爆破在綜采工作面過火成巖侵入體中的應用

崔潤彪

摘要通過將深孔預裂與淺孔爆破技術相結合的辦法，應用到煤礦綜采工作面局部火成巖侵入體上，使得開采難度大大降低，不僅有效的提高了回采速度，而且在人力、物力的投入上也降到了最低，收到了很好的效果。

關鍵詞火成巖；深孔預裂；淺孔爆破；爆破參數(shù)

0　引言

永定莊煤業(yè)公司石炭二疊系山4#層的開采中，遇到的最大的問題就是火成巖的侵入，而8110工作面是受火成巖影響范圍最嚴重的一個綜采工作面。巖石堅硬厚實，硬度系數(shù)為15～20，是一級極堅固巖石［1］。由地質資料可知，工作面回風巷推進至距初始切巷453 m處，將遇到火成巖侵入體，長度約80 m；皮帶巷推進至距工作面初始切巷582 m處，將遇到火成巖侵入體，長度約54 m。預計火成巖與工作面煤壁幾乎成40°夾角橫穿整個工作面。據(jù)實際開采狀況得知，本工作面火成巖侵入體呈不規(guī)則狀態(tài)，工作面最長同時揭露為65 m，成地圖狀分布近的工作面，厚度為0.4 m～ 2.5 m不等，并且局部區(qū)域呈現(xiàn)為全巖。工作面布置及火成巖侵入情況（見圖1）。

目前國內外針對巖石的爆破方法也是層出不窮，美國克林頓波因特礦區(qū)就利用空氣柱簡陋爆破法進行巖石預裂，國內也多使用液態(tài)CO2相變預裂，水壓致裂和傳統(tǒng)的炸藥爆破預裂等。根據(jù)具體可操作性及經(jīng)濟成本，為了快速、安全的通過這個區(qū)域，特制訂了“深淺孔預裂爆破”相結合的技術，對火成巖進行開采，減輕了生產(chǎn)壓力，提高了回采效率，最終達到了預期目的。

圖1　火成巖侵入示意

1　爆破參數(shù)的確定

8110工作面受火成巖侵入?yún)^(qū)域采用“深淺孔預裂爆破相結合的設計方案”進行回采推進，先將大面積火層巖石整體進行深孔預裂，使其內部產(chǎn)生裂隙，發(fā)生松動，之后對巖石較薄不易深孔預裂和預裂效果不好局部巖石堅硬的區(qū)域進行淺孔爆破，將大塊火成巖石徹底炸碎，從而有效的減輕機組的切割難度，加快了日循環(huán)進度。具體鉆孔及裝藥情況（見圖2）

圖2　鉆孔結構及裝藥示意

1.1炮孔直徑

深孔使用ZLJ—150型煤礦坑道鉆機，采用Ф57 mm鉆頭，孔徑大約為Ф60 mm；淺孔使用7655型氣腿式鑿巖機，采用Ф42 mm鉆頭，孔徑大約為Ф45 mm。

1.2炮孔間距

（1）深孔根據(jù)巴隆公式［2］：底盤抵抗線Wd=d，孔距a=maW，式中：d——鉆孔直徑，取0.6 dm；Δ——裝藥密度，一般Δ取1.1 g/ml；τ：裝藥系數(shù)，一般取0.4～0.85，這里τ取0.75；q——炸藥單耗，一般取0.3 kg/m3～0.5 kg/m3，這里q取0.35 kg/m3；m——鉆孔密集系數(shù)，一般取0.7～1.1，這里m取0.9；ma——鄰接系數(shù)，一般取0.8～2.0對松軟巖石取小值，堅硬巖石取大值2。將確定的數(shù)據(jù)代入上式：Wd=2.72 m，孔距：a=maW=5.44 m，即孔距確定為6 m。

（2）淺孔根據(jù)基本爆破公式［2］：最小抵抗線W= kwd，孔距a=kW，式中：kw——巖石性質對抵抗線的影響系數(shù)，一般取15～30，堅硬巖石取大值，軟弱巖石取小值，kw=22；d：鉆孔直徑，d=0.045 m；k——起爆方式對孔距的影響系數(shù)，一般電氣起爆取0.8～2.0，k=1.5。將確定的數(shù)據(jù)代入上式：W=0.99 m，孔距：a=kW= 1.485 m，即：孔距確定為1.5 m。

1.3炮孔排距

（1）深孔若進行多排布置，則根據(jù)公式：排距b=W［2］，故b=2.72 m，由于工作面采高控制在2.5 m左右，小于排距，所以采用橫向單排布置，且打在巖石厚度中。

（2）淺孔若進行多排布置，則根據(jù)公式：排距b=W［2］，故b=0.99 m≈1.0 m，所以淺孔打在火成巖石厚度小于1.0 m未進行深孔預裂的巖石厚度之中，橫向單排布置；或打在預裂效果不好，火成巖石厚度超過1.0 m，不再具備打深孔的巖石上，兩排平均布置，排距1.0 m，并延火成巖侵入方向與巖石揭露表面成75°角。

1.4炮孔深度及封孔長度

（1）根據(jù)對巷道走向火成巖揭露情況及鉆機性能、爆破可操作性的分析，深孔長度L初步確定為20 m，封孔長度約為8 m（使用Φ55×500 mm牛皮紙袋包裹的膠泥）。當孔內打到煤體連續(xù)長度超過2 m時，就不再繼續(xù)鉆進，此時停止鉆機，準備開打下一個鉆孔。要對每個深孔各個階段的巖石或煤體的長度，從外向內依次做詳細記錄并標明最終孔深，并將所有鉆孔進行編號。

（2）淺孔長度L為2 m，封孔長度約為0.5 m（使用Φ 40×250 mm牛皮紙袋包裹的膠泥），并逐一進行記錄、編號。

（3）據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，炮眼深度超過1 m時封泥長度不得小于0.5 m；深孔爆破時封孔長度不得小于孔深的1/3［3］。

1.5炮孔藥量控制

（1）深孔每孔裝藥量，根據(jù)公式：Q=0.33qawL（q取0.35）［2］，故Q=34.2 kg，此值為理論最大值，但實際操作要按乳化炸藥規(guī)格（Ф50×500 mm，1.0 kg/卷）填裝相應長度的藥量，根據(jù)前期打孔時每個孔的數(shù)據(jù)記錄，當某一孔內為煤巖交替結構時，根據(jù)編號記錄將乳化炸藥裝在深孔的各巖石部位，并相應填裝規(guī)定長度的封泥。

（2）淺孔每孔裝藥量，根據(jù)公式：Q=0.33kawL［2］，故Q=1.5 kg，此值為理論最大值，但實際操作要按乳化炸藥規(guī)格（Ф35×250 mm，0.2 kg/卷）填裝相應長度的藥量，如遇煤巖交替，若巖石深度小于0.6 m時，則對此孔不進行裝藥爆破。

2　施工工藝

2.1裝藥填封工序

（1）深孔對于全巖炮孔采用連續(xù)不偶合裝藥最后封泥的方式進行填裝，煤巖交替孔采用分段裝藥、分段封泥的方式進行填裝。根據(jù)每孔內結構記錄情況，計算出裝藥的數(shù)量和封泥長度，并用事先準備好的直徑為Φ25 mm的PVC塑料管當做“炮棍”，將藥卷逐一送入孔內，且緊密接觸，從孔底向外在其相應巖石位置裝好規(guī)定長度的藥卷后開始填裝封泥，填裝規(guī)定長度的封泥后用炮棍捅實，再繼續(xù)裝入藥卷，依次按炮孔內部結構裝上藥卷和封泥。

（2）淺孔采用連續(xù)裝藥最后封泥的方式進行填裝，根據(jù)孔深計算出藥卷數(shù)量和封泥長度，用木制炮棍將其裝入孔中，且緊密接觸，最后填裝相應長度的封泥。

2.2起爆鏈接方式

（1）深孔采用煤礦許用三級乳化炸藥、導爆索連續(xù)串裝藥結構，毫秒電雷管正向起爆，將導爆索一端插入第一個藥卷，并用膠布或細繩使其與藥卷捆綁牢固、緊密接觸、不被拽出，之后緩慢放入孔內，確保所有藥卷與導爆索接觸嚴密，最后在孔口封泥外，將導爆索末端與毫秒電雷管用膠布捆綁在一起，雷管應綁在距導爆索末端15 cm以內的位置，并且雷管聚能穴朝著傳爆方向，以便傳爆良好。

（2）淺孔采用煤礦許用三級乳化炸藥、毫秒電雷管反向起爆，用細竹木棍將第一個藥卷外殼扎破，把毫秒電雷管聚能穴朝著孔口插入藥卷中，并用自身腳線在藥卷上纏繞兩圈捆綁牢固，使雷管不被拽出，之后將藥卷放入孔中，并將腳線伸出孔外以便與放炮母線連接。

3　工作面設備保護

放炮前應將工作面支架里的照明及通話線路提前回撤，并在放炮點前后9 m范圍內的支架動力柱上，頂梁往下300 mm，橫向固定一排木杠，木杠長度為1.5 m與支架同寬，必須與支架力柱捆綁牢固。之后將事先準備好的長度合適的木杠一端搭在捆在立柱的木杠上，另一端支在運輸機溜槽擋煤板電纜槽中，緊密排列，使用把鋸將其相互連接固定，再將割好的廢舊皮帶與這些木杠固定，形成滑梯式斜面。這樣不僅起到全方位、立體式保護支架的目的，而又使得放炮后飛濺出的大量石塊渣子沿坡流下，始終堆積在溜槽上，啟動運輸機就可直接運走，有效的控制住了放炮飛渣的亂串，大大減輕了人員清理工作強度。且必須將機組停在距放炮地點30 m以外的頂板完好、無淋水處，盡可能的停在工作面尾部，并將機組滾筒隔離手把摘開，將機組與工作面運輸機閉鎖裝置開啟且開關打至零位。設備保護情況（見圖3）。

圖3　設備保護示意

4　應用效果分析

（1）在采用深孔預裂之后，通過現(xiàn)場觀察，火成巖石表面已產(chǎn)生了不同程度的裂隙，但不是很密集，局部區(qū)域裂隙不明顯。當用重物敲擊巖石表面時，能夠清晰的聽到內部空洞的聲音，表明內部巖石已發(fā)生松動。此時機組割刀還是非常困難，則需結合淺孔爆破向前推進，在推進1.8 m后，觀察發(fā)現(xiàn)巖石表面裂隙增多，裂隙在1 mm～5 mm之間，而且孔與孔之間的裂隙錯綜復雜、相互交織，效果很好，這說明預先計算的6 m鉆孔間距，足以滿足預裂效果，只是封泥長度略長，對此我們可將之后的深孔封泥長度控制在7 m左右，以保證巖石表面（封泥區(qū)域）能夠很好的預裂，減少淺孔爆破次數(shù)。

（2）淺孔補充爆破效果非常好，徹底堅決了預裂不到位的地方，隨著向前的割刀推進預裂效果越來越好，但由于火成巖侵入不規(guī)則實際裝藥達不到理論要求，預裂會產(chǎn)生盲區(qū)，勢必將增加淺孔爆破的次數(shù)。通過現(xiàn)場觀察分析統(tǒng)計，累計推進25 m左右時，裂隙逐漸消失，這時需要重新進行鉆孔預裂，依次重復直至火成巖石全部推出。

5　結語

通過采用深淺孔預裂爆破相結合的技術，永定莊煤業(yè)公司山4#層8110工作面目前已完全通過了火成巖墻傾入?yún)^(qū)域，共用40 d的時間，累計推進180 m，比計劃提前20 d完成任務。當然，更重要的是比重開切巷，二次搬家節(jié)省了大量人力、物力和時間。這不僅僅是為我礦增加了5萬t原煤產(chǎn)量，重要的是實現(xiàn)了精采細采、吃干榨盡、合理利用資源的生產(chǎn)要求，也為我們今后的開采工作奠定了堅實的基礎。

參考文獻

［1］車樹成，張榮偉.煤礦地質學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1996.

［2］王玉杰.爆破工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2009.

［3］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2016.

Application of Deep and Shallow Hole Presplitting Blasting in Igneous Rock Intrusion of Fully Mechanized Working Face

Cui Runbiao

Abstract：By combining deep-hole presplitting technology and shallow-hole blasting technology to applied to local igneous rock intrusion of fully mechanized working face，mining difficulty is greatly reduced，the recovery rate is effectively improved，manpower and resources investment are dropped to the lowest.

Key words：igneous rock；deep-hole presplitting；shallow-hole blasting；blasting parameter

中圖分類號TD235.3

文獻標識碼B

文章編號1000-4866（2016）03-0006-03

作者簡介

崔潤彪，男，1982年出生，太原理工大學采礦工程畢業(yè)，本科，現(xiàn)在同煤集團永定莊煤業(yè)公司綜采二隊工作，助理工程師。

收稿日期：2016-05-16