趙 敏

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000）

頂板鉆孔爆破工藝具有能量大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在巷道切頂留巷、卸壓護(hù)巷中應(yīng)用十分普遍。傳統(tǒng)封孔方式為炮泥封孔，使用炮泥機(jī)制作炮泥卷，人工用炮棍搗入孔內(nèi)，封孔長(zhǎng)度不小于鉆孔深度的1/3。封孔長(zhǎng)度在3 m 以內(nèi)時(shí)，能夠取得較為理想的封孔效果。但是卸壓護(hù)巷爆破鉆孔深度達(dá)30～60 m，封孔長(zhǎng)度10～20 m，填塞炮泥方式存在人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、填塞不實(shí)、工時(shí)過長(zhǎng)的問題，嚴(yán)重影響爆破施工進(jìn)度[1-3]。本文以趙莊煤業(yè)爆破卸壓護(hù)巷為工程背景，研究囊袋注漿裝置及工藝，以期能夠替代炮泥，實(shí)現(xiàn)深孔快速封孔，提高爆破效率。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)一盤區(qū)開采3#煤層，煤層埋深750～850 m，煤層厚度4.5 m，1310 大采高工作面走向長(zhǎng)度2600 m，傾向長(zhǎng)度220 m。布置3 條順槽，13101、13102、13103 順槽，斷面尺寸為寬×高=5 m×4.5 m，其中13101 和13103 順槽為進(jìn)風(fēng)巷，13102 為回風(fēng)巷，保護(hù)煤柱凈寬55 m。工作面與巷道位置關(guān)系如圖1 所示。其中，13102 巷為復(fù)用巷道，需要留下為下一工作面服務(wù)。

圖1 工作面巷道及橫川位置示意圖

但由于高地應(yīng)力、圍巖強(qiáng)度低、劇烈采動(dòng)影響等原因，1310 工作面回采過后，13102 巷滯后變形十分嚴(yán)重，巷幫收縮約2.5 m，頂板下沉量約1 m，底鼓超過1.5 m，剩余斷面不足5 m2，需要進(jìn)行1～2遍巷修才能滿足下一工作面通風(fēng)需求，耗費(fèi)大量的人力物力。后來對(duì)復(fù)用巷道采取了注漿加固和錨索補(bǔ)強(qiáng)的綜合治理方案，在地質(zhì)正常段取得了良好的效果，但是在地質(zhì)異常段，如過斷層、陷落柱、軟煤區(qū)、超高區(qū)、復(fù)合泥巖頂板區(qū)等，效果甚微，變形仍然十分嚴(yán)重。因此，計(jì)劃對(duì)這些地質(zhì)異常段采取深孔爆破卸壓方式，從根本上減輕頂板壓力，提高復(fù)用巷道維護(hù)效果。

2 原爆破卸壓實(shí)施方式及存在問題

2.1 實(shí)施方式

切頂爆破在13101 巷內(nèi)實(shí)施，一方面切斷工作面與煤柱上方基本頂?shù)穆?lián)系，另一方面有利于端頭區(qū)垮落，避免端頭懸頂危害。

鉆孔參數(shù)：頂板爆破鉆孔設(shè)計(jì)為一排，開孔位置距煤柱一幫0.5 m，如圖2（a）所示。鉆孔垂直于巷道傾向，由于巷道高度不足以施工垂直鉆孔，向采空區(qū)方向傾斜，與水平方向夾角75°，鉆孔垂直高度30 m，孔深31.5 m，孔徑均為75 mm，鉆孔間距2 m。為了增強(qiáng)爆破效果，每?jī)蓚€(gè)爆破孔之間增加1 個(gè)空孔，空孔參數(shù)與爆破孔一致，鉆孔布置剖面圖如圖2（b）所示。

圖2 爆破鉆孔布置示意圖

裝藥：爆破孔封孔長(zhǎng)度不小于孔深的1/3，即不小于10.5 m，設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度11.5 m，則裝藥長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為18 m，中間2 m 固定導(dǎo)爆索和雷管。裝藥管采用定向聚能管，10 根，2 m/根。里端9 根裝藥，每根管內(nèi)裝4 卷藥卷，長(zhǎng)度500 mm/卷，導(dǎo)爆索與最里1 根藥卷連接，從管壁外引出，依次裝入9 根裝藥聚能管，導(dǎo)爆索在第9 根下方與雷管連接，置于第10根空管內(nèi)，雷管腳線從空管下端引出到孔口，然后用阻燃泡沫將第10 根空管填實(shí)，固定雷管。

封孔：設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度11.5 m，設(shè)計(jì)炮泥封孔，炮泥機(jī)制作炮泥卷，人工用炮棍填塞。通過炮棍長(zhǎng)度控制封孔長(zhǎng)度。

2.2 存在問題

工作面每天推進(jìn)速度約8 m，至少需要爆破4～5 個(gè)鉆孔才能滿足工作面推進(jìn)需求。每天可以施工10 個(gè)鉆孔，但封孔深度大，炮泥封孔速度慢，平均1 個(gè)班只能封1 個(gè)孔，且存在填塞不實(shí)、不均勻現(xiàn)象。同時(shí)部分鉆孔導(dǎo)通了頂板水，孔內(nèi)一直出水，雖然炸藥、雷管、導(dǎo)爆索防水，但造成炮泥吸水軟化，呈泥漿狀，影響了封孔質(zhì)量。爆破中多次出現(xiàn)炮泥段整體爆出現(xiàn)象，嚴(yán)重影響爆破施工進(jìn)度。因此，必須縮短封孔時(shí)間，提高封孔效率。

3 囊袋注漿封孔裝置及封孔工藝

3.1 囊袋裝置結(jié)構(gòu)

兩端為內(nèi)、外兩個(gè)囊袋，囊袋采用柔性隔水材料制作成雙層圓柱形，空心，如圖3（a）所示。囊袋內(nèi)外層之間開有圓孔，插入一根可彎曲塑料管連接兩個(gè)囊袋，1 處開口，2 處安裝低壓爆破片，開啟壓力為0.5 MPa。囊袋為空心，中部采用PVC 管連接，送入指定位置，PVC 管在3 處開小孔，內(nèi)端用堵頭堵實(shí)，如圖3（b）所示。

圖3 囊袋裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 封孔工藝

封孔時(shí)，注漿管先連接圖3（b）中的塑料管，從1 出口灌入內(nèi)囊袋內(nèi)，囊袋膨脹緊貼孔壁，阻隔孔內(nèi)流水進(jìn)入封孔段。當(dāng)囊袋內(nèi)的漿液壓力超過0.5 MPa 時(shí)，2 處低壓爆破片打開，漿液進(jìn)入外囊袋。內(nèi)外囊袋均灌滿漿液后，泵壓會(huì)停止不動(dòng)，穩(wěn)壓1 min，關(guān)閉孔口閥拔下注漿管。等待10 min左右，將注漿管連接PVC 管，漿液從3 出口進(jìn)入，灌滿整個(gè)封孔段，灌滿后穩(wěn)壓1 min。關(guān)閉孔口閥門拔掉注漿管，等待30 min 達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可進(jìn)行爆破作業(yè)。

囊袋注漿封孔工藝特別適合多孔集中封孔，可進(jìn)一步提高效率。

3.3 封孔材料及設(shè)備

封孔采用雙液封孔材料，為A、B 雙組分無機(jī)材料，使用時(shí)加水?dāng)嚢瑁冶?.8:1。單液可保持40 min 左右良好流動(dòng)性，混合后30～150 s 失去流動(dòng)性，約5 min 凝固，8～10 min 完全硬化，2 h 強(qiáng)度可達(dá)9 MPa 以上?？梢愿鶕?jù)強(qiáng)度需要提高或者降低水灰比，可調(diào)范圍0.5:1～2:1，強(qiáng)度3～20 MPa。

考慮單孔封孔灌漿量較小，漿液水灰比要求高，封孔設(shè)備采用制漿、泵送一體的小型注漿泵。圖4所示注漿泵，長(zhǎng)400 mm，寬300 mm，高500 mm，體積較小，質(zhì)量?jī)H30 kg，便于移動(dòng)。雙液封孔材料包裝規(guī)格為25 kg/包，攪拌桶設(shè)計(jì)體積50 L，A、B各1 袋料，便于控制水灰比，也不容易造成浪費(fèi)。最大注漿壓力可達(dá)5 MPa，滿足現(xiàn)場(chǎng)注漿壓力要求。

圖4 小型氣動(dòng)封孔泵外觀

4 效果考察

4.1 封孔效率

現(xiàn)場(chǎng)采取集中打孔、集中裝藥、集中封孔、集中爆破方式。每天2 個(gè)生產(chǎn)班，1 個(gè)檢修班，利用2 個(gè)生產(chǎn)班和半個(gè)檢修班進(jìn)行打孔、裝藥、封孔，剩下半個(gè)檢修班爆破。原來炮泥封孔方式1 個(gè)班封1 個(gè)孔，現(xiàn)在采用囊袋裝置，封10 個(gè)孔僅需3 h，大幅提高了封孔效率，滿足工作面日推進(jìn)8 m 的需要，極大地減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 封孔效果

囊袋裝置封孔，采用灌注流動(dòng)性漿液的方式，封孔密實(shí)，不存在空隙，能夠防止流水進(jìn)入封孔段對(duì)漿液產(chǎn)生影響，漿液凝固速度快，強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速。

現(xiàn)場(chǎng)采用囊袋裝置連續(xù)封孔90 個(gè)，爆破未出現(xiàn)封孔段整體爆出現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）深孔爆破封孔中，傳統(tǒng)炮泥存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、填塞不實(shí)等問題，封孔段容易整體爆出，且嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

（2）囊袋注漿裝置采用內(nèi)外雙囊袋依次灌漿、中部灌漿的封孔方式，采用速凝早強(qiáng)的雙液封孔材料，配套小型一體封孔泵，實(shí)現(xiàn)了快速高效封孔。

（3）效果考察表明，與炮泥封孔方式相比，使用囊袋封孔裝置后，由每天封1 個(gè)孔提高到3 h封10 個(gè)孔，效率大幅提高。爆破過程一切正常，未出現(xiàn)整體爆出現(xiàn)象。