陳守鈺

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 引言

陽煤一礦位于山西省陽泉市礦區(qū)，礦井生產(chǎn)能力7.50Mt/a，礦井開拓方式主斜副立等綜合開拓。一礦井田位于陽泉礦區(qū)大單斜的西北部，井田內(nèi)發(fā)育有次一級的較平緩褶皺群和層間斷裂構(gòu)造，局部地段發(fā)育有陡傾撓曲，尤以陷落柱發(fā)育密集廣泛。據(jù)上部已采煤層揭露，共發(fā)現(xiàn)陷落柱345個(gè)，陷落柱總面積0.55km2，占已采區(qū)域面積的3.9%，陷落柱影響儲(chǔ)量占可采儲(chǔ)量的8.4%。今后仍將有一半以上的采區(qū)處于陷落柱分布密集的地區(qū)內(nèi)，由于陷落柱的存在使許多工作面未能按設(shè)計(jì)布置成正規(guī)工作面，只能切割部分小面。當(dāng)回采中遇大的陷落柱時(shí)被迫重穿切巷甚至提前結(jié)束回采，嚴(yán)重影響礦井產(chǎn)量、采掘銜接和經(jīng)濟(jì)效益。

2 回采工作面過構(gòu)造現(xiàn)狀

目前一礦過構(gòu)造全部采用淺孔爆破方法，生產(chǎn)效率低，安全可靠性差，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）淺孔爆破方法一次處理的進(jìn)尺小，打眼費(fèi)時(shí)，不能與工作面生產(chǎn)平行作業(yè)，嚴(yán)重影響工作面正常進(jìn)度；（2）由于部分構(gòu)造巖石硬度較大，采取采煤機(jī)強(qiáng)行截割，容易產(chǎn)生火花，引爆工作面瓦斯；（3）堅(jiān)硬巖石對采煤機(jī)、工作溜、破碎機(jī)等設(shè)備損害嚴(yán)重，增加了設(shè)備的事故率，縮短了設(shè)備的服務(wù)年限。

3 深孔預(yù)裂爆破基本原理及特點(diǎn)

3.1 深孔預(yù)裂爆破基本原理

深孔預(yù)裂爆破的基本機(jī)理是在回采工作面過構(gòu)造前方，按照工作面過構(gòu)造設(shè)計(jì)角度施工一組平行于工作面推進(jìn)方向的若干大直徑鉆孔，通過增大裝藥量、不耦合裝藥方式、大循環(huán)的爆破方式，達(dá)到利用不耦合裝藥間隙的存在減少爆炸產(chǎn)生的高能氣體作用在孔壁上的爆破峰值，并為炮孔間提供了聚能的臨界面，減少粉碎區(qū)增加爆炸應(yīng)力波的作用時(shí)間和加大裂隙區(qū)作用范圍，充分發(fā)揮深孔預(yù)裂爆破效能，使爆炸產(chǎn)能的高能氣體充分?jǐn)D壓在煤巖上產(chǎn)生大量裂隙，并和自由孔之間形成貫通裂隙。通過深孔預(yù)裂爆破使工作面煤巖產(chǎn)生松動(dòng)帶，造成局部煤巖體應(yīng)力重新分配形成應(yīng)力集中，促進(jìn)工作面煤巖體裂隙進(jìn)一步發(fā)育，從而改變煤巖體結(jié)構(gòu)，促使煤巖體應(yīng)力發(fā)生重新分布，起到松動(dòng)、弱化煤巖的作用。

3.2 深孔預(yù)裂爆破特點(diǎn)

深孔預(yù)裂爆破預(yù)裂技術(shù)是指爆破孔深度在10m以上，為增加煤巖體裂隙而在實(shí)體煤巖體中進(jìn)行的非落煤巖的爆破。與淺孔爆破相比其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）深孔預(yù)裂爆破循環(huán)大，鉆孔利用率高，可有效弱化過構(gòu)造煤巖強(qiáng)度，有利于采煤機(jī)直接截割，大大提高循環(huán)作業(yè)效率；（2）拋擲煤巖量少，減少了煤巖拋擲對工作面設(shè)備的破壞和人工清矸強(qiáng)度；（3）深孔預(yù)裂爆破預(yù)裂裝藥量大，爆破能量高，構(gòu)造區(qū)截割大塊率少。

4 深孔預(yù)裂爆破在一礦的試驗(yàn)應(yīng)用

4.1 工作面構(gòu)造情況

81402工作面陷落柱處于工作面切眼與回風(fēng)順槽邊緣，陷落柱尺寸為：傾向23.9m×走向40.2m，見圖1。

圖1 工作面構(gòu)造位置示意圖

4.2 實(shí)施方案

針對深孔預(yù)裂爆破關(guān)鍵技術(shù)與工藝，利用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究不同爆破參數(shù)及條件下炸藥起爆后炮孔周圍破壞范圍的大小，確定合理的裝藥不耦合系數(shù)、炮孔間距、封孔長度、炮孔布置方式等深孔預(yù)裂爆破參數(shù)，最終確定深孔預(yù)裂爆破技術(shù)方案如下：本次深孔預(yù)裂爆破孔設(shè)計(jì)為五花眼布置，最上一排炮眼距頂板0.7m，最下一排炮眼距底板0.7m，炮眼排距0.8m，炮眼間距1.0m，見圖2。炮孔直徑均按75mm施工（如果鉆機(jī)允許，采用63mm的爆破筒爆破），爆破完畢后可根據(jù)圍巖預(yù)裂情況，考慮是否補(bǔ)打炮孔進(jìn)行裝藥二次預(yù)裂。

圖2 炮眼布置示意圖

深孔預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)鉆孔長度30m，其中裝藥長度25m，封孔長度5m，見表1。

表1 深孔預(yù)裂爆破參數(shù)表

4.3 施工工藝

（1）鉆孔設(shè)備及工藝

工作面爆破打孔采用ZDY660型鉆機(jī)，設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表1。炮孔直徑為Φ75mm，鉆桿直徑為Φ42mm，每根鉆桿長1m，鉆頭直徑為Φ75mm。鉆孔施工過程中，要采用坡度儀準(zhǔn)確定位炮眼角度，打眼后要記錄和檢查打孔情況。因炮孔長度較長，為了使爆破達(dá)到預(yù)期的效果和保證安全，炮孔角度不能偏離太大，炮孔角度允許偏離的角度為±0.5°。在鉆孔時(shí)盡量將孔內(nèi)的煤渣排除，要求鉆桿鉆到規(guī)定深度時(shí)鉆機(jī)空轉(zhuǎn)5min。在炮孔角度下俯時(shí)，孔內(nèi)的巖渣很難排凈，為此采用高壓水和高壓風(fēng)聯(lián)合排渣工藝，即先用高壓水排粉，當(dāng)鉆進(jìn)到指定位置后，將高壓水改為高壓風(fēng)，利用高壓風(fēng)將孔內(nèi)的巖渣和水一塊排出。

（2）裝藥工藝

①裝藥前探孔：裝藥前要先用炮棍探孔，確定炸藥能夠裝入的深度，保證足夠的封孔長度，避免盲目裝填。

②裝藥：為了防止深孔預(yù)裂爆破過程中“管道效應(yīng)”的產(chǎn)生，炮孔中應(yīng)加導(dǎo)爆索，同時(shí)為了保證炮眼內(nèi)藥包的完全引爆，采用雙雷管、雙導(dǎo)爆索引爆，兩根導(dǎo)爆索均延伸至炮眼底部藥包，每一根導(dǎo)爆索均采用順發(fā)電雷管引爆。裝藥采用PVC管拖裝方式，即先將炸藥、導(dǎo)爆索放入Φ50mm的PVC管內(nèi)，再將PVC管放入炮孔。爆破炸藥選用礦用3號乳化炸藥，裝填長度25m，每孔裝藥量50kg。采用連續(xù)不耦合方式裝藥，炸藥采用小直徑藥卷，有利于擴(kuò)大鉆孔和炸藥被筒直徑的差值，便于炸藥裝填，確保裝藥長度。

（3）封孔長度

炮泥干濕度要適宜，封孔長度5m，封孔時(shí)每封入一節(jié)炮泥（長度約300mm），要求用炮棍搗實(shí)，保證封孔質(zhì)量。

（4）起爆工藝

雷管采用礦用8號順發(fā)電雷管，導(dǎo)爆索采用礦用許可導(dǎo)爆索。起爆采用雙起爆正向起爆，炮孔起爆采用“局部并聯(lián)、整體串聯(lián)”的方式，每個(gè)炮孔中裝入2個(gè)雷管并聯(lián)，孔與孔之間采用串聯(lián)的方式進(jìn)行，炸藥起爆時(shí)每次起爆炮孔1個(gè)。

5 現(xiàn)場效果

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，深爆孔和大藥量爆破后，產(chǎn)生的高能量氣體使周圍巖體產(chǎn)生強(qiáng)力受壓，巖體在擠壓的作用下產(chǎn)生變形，使致密堅(jiān)硬的巖石形成多條裂縫和破碎帶，弱化了巖石強(qiáng)度，減小了巖石爆破后的巖石塊度。另外在形成爆破松爆破圈破碎區(qū)后，在周圍巖體引發(fā)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，在采動(dòng)影響和應(yīng)力集中疊加的作用下，促進(jìn)工作面巖體結(jié)構(gòu)的改變和應(yīng)力結(jié)構(gòu)重新分布，從而達(dá)到松動(dòng)巖體的效果，大大降低了采煤機(jī)的截割強(qiáng)度，提高了割巖速度。

與傳統(tǒng)密集淺孔爆破方法相比，使用深孔預(yù)裂爆破過構(gòu)造技術(shù)爆破區(qū)域巖石松動(dòng)圈明顯，采煤機(jī)截割難度降低，基本可以實(shí)現(xiàn)輕松順利通過，每天的割巖刀數(shù)是淺孔爆破方法的2倍以上，區(qū)域內(nèi)巖石塊度（≥400mm×400mm）降低了65%，截齒消耗率降低了50%，工作面整體推進(jìn)速度與生產(chǎn)效率提高了一倍。

6 結(jié)論

深孔預(yù)裂爆破過地質(zhì)構(gòu)造方法與淺孔爆破方法相比，大大提高了工作面推進(jìn)速度，減少了誤工誤產(chǎn)損失，增加了礦井經(jīng)驗(yàn)效益，最終達(dá)到了降本增效的目的，適用于工作面遭遇的各類巖石性構(gòu)造，大大提高了生產(chǎn)效率，本技術(shù)可在陽煤集團(tuán)所屬礦井內(nèi)進(jìn)行全面推廣應(yīng)用。