深孔爆破在大采高綜采工作面過矸區(qū)中的應(yīng)用

史 超

(山西晉煤集團 趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046600)

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，深孔爆破技術(shù)因其對工程地質(zhì)條件適應(yīng)性強、操作工藝簡單以及施工成本低、速度快的特點，已廣泛應(yīng)用于露天礦產(chǎn)剝離、地下采礦、水利及鐵路開挖等工程。在煤礦開采領(lǐng)域，利用深孔爆破進行堅硬頂煤預(yù)裂、采場懸頂處理、工作面斷層帶弱化及煤層抽采增透等能夠取得較好的效果。實踐調(diào)查表明，對礦山開采進行中深孔爆破技術(shù)應(yīng)用能夠有效地增加礦山開采企業(yè)的社會效益與經(jīng)濟效益，保障礦井生產(chǎn)安全。

趙莊煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，受構(gòu)造影響較大，尤其五盤區(qū)綜采工作面，斷層、陷落柱等中小型構(gòu)造多，為了提高資源回收率，綜采工作面過構(gòu)造期間需割矸回采，割矸過程造成采煤機滾筒截齒損壞率高，生產(chǎn)時間內(nèi)常需更換截齒，而更換截齒需頻繁進入煤壁作業(yè)，既造成了安全隱患，又影響了實際生產(chǎn)，截齒大量損壞容易造成齒套及滾筒的損壞，使工作面停產(chǎn)，且傳統(tǒng)滾筒截齒割矸能力差，回采效率低，過矸區(qū)時間長，影響了礦井產(chǎn)量。

1 深孔爆破技術(shù)

關(guān)于深孔爆破理論，學(xué)界大多數(shù)接受和認可的是爆炸應(yīng)力波和爆生高壓氣體聯(lián)合作用的理論。該理論將預(yù)裂爆破分為兩個過程，它們先后起效又是連續(xù)不可分割的。

1) 第一個過程：炸藥爆炸后產(chǎn)生的應(yīng)力波向孔壁四周傳開，其傳播中對巖石產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強度而使巖石破裂。最初裂縫出現(xiàn)在炮孔壁向外最短距離內(nèi)，如果應(yīng)力波在兩孔之間能夠發(fā)生疊加，合成的拉應(yīng)力超過巖石抗拉強度也能使巖石產(chǎn)生裂縫。這些裂縫給貫通破裂面的形成創(chuàng)造了有利的導(dǎo)向條件。

2) 第二個過程：爆炸后瞬間生成的高壓氣體緊接著應(yīng)力波作用到孔壁上，其作用時間比應(yīng)力波長，炮孔周圍形成準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場，相鄰炮孔相互作用，在炮孔中連線方向產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力足以拉斷巖石時，巖石進一步破碎，爆炸氣體對破裂面的形成起著主導(dǎo)作用。

現(xiàn)有爆破技術(shù)通常設(shè)計有爆破孔和預(yù)裂控制孔(非裝藥孔)。工程實踐表明，通過在爆破孔間設(shè)置控制孔能夠強化定向斷裂效果，減少炸藥使用量。該技術(shù)已在光面爆破、頂板弱化和煤層增透等工程應(yīng)用方面取得了良好的效果。

綜采工作面過矸區(qū)的深孔爆破技術(shù)是在順槽巷道采面?zhèn)壤勉@機施工深孔爆破孔和周邊預(yù)裂孔對矸區(qū)進行結(jié)構(gòu)破碎，破壞矸層的整體性，減少矸層的硬度，解決綜采工作面采煤機割矸困難、推進速度慢的難題。

通過在趙莊煤業(yè)大采高工作面超前順槽矸區(qū)應(yīng)用深孔爆破技術(shù)，確保了工作面安全、順利高效的回采推進，減少了采煤機截齒的損壞，節(jié)約了成本，具有較好的推廣價值。

2 工程概況

趙莊煤礦井田位于沁水煤田東南部，是晉煤集團特大型生產(chǎn)礦井之一，設(shè)計生產(chǎn)能力8.0 Mt/a，主采3號煤層。井田內(nèi)3號煤層賦存穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤質(zhì)松軟，厚度一般為3.5～6.2 m，平均5.5 m. 地質(zhì)條件復(fù)雜，陷落柱、斷層普遍發(fā)育，煤層直接頂以砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，頂板復(fù)合巖層賦存多變。

趙莊礦五盤區(qū)5312大采高綜采工作面傾斜長295 m，走向長1 503 m，煤層厚度4～4.7 m，平均4.35 m，平均傾角5°. 直接頂為12.03 m細粒砂巖，直接底為3.12 m的泥巖。5312工作面采用走向長壁綜合機械化采煤方法，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。5312工作面回采順槽機尾巷道因陷落柱割矸影響正?；夭?，需要對矸區(qū)進行深孔爆破預(yù)裂處理(見圖1).

圖1 5312面機尾陷落柱爆破區(qū)域平面布置圖

3 深孔爆破施工工藝

3.1 鉆孔施工工藝

根據(jù)陷落柱區(qū)域及現(xiàn)場勘查情況，制定深孔爆破的區(qū)域、鉆孔長度及爆破裝藥量，主要爆破區(qū)域是陷落柱全矸區(qū)。從順槽巷道采面?zhèn)仁┕ど羁妆瓶缀椭苓咁A(yù)裂孔對陷落柱內(nèi)矸層進行預(yù)裂。爆破孔進行裝藥爆破，預(yù)裂孔做為輔助孔不進行爆破。

爆破孔布置(見圖2)：鉆孔使用鉆機打孔，單排孔布置，鉆孔參數(shù)：距離底板1.5～2.0 m，孔間距4 m，孔徑115 mm，方位角0°，角度4°，孔深20 m.

周邊預(yù)裂孔布置：預(yù)裂孔布置在爆破孔之間和其他未施工爆破孔的陷落柱區(qū)域，距離爆破孔1 m；周邊孔間距0.5 m，排距0.5 m，孔深至陷落柱邊緣見煤即可，無法見煤的盡量至陷落柱邊緣。預(yù)裂孔原則上按照設(shè)計施工，實際現(xiàn)場受巷高及鉆機影響角度無法滿足時，可適當(dāng)調(diào)整角度施工，但施工的鉆孔不可穿透頂?shù)装濉?/p>

圖2 5312面機尾陷落柱爆破深孔設(shè)計方案圖

3.2 爆破施工工藝及注意事項

1) 裝藥前，必須先使用6根d75 m×4 m的PE管首尾相連，對爆破鉆孔進行通孔，確保孔內(nèi)通暢后方可進行裝藥作業(yè)。

2) 裝藥前，檢查孔口處瓦斯?jié)舛?，小?%的情況下方可裝藥。同時，在爆破孔口處下風(fēng)側(cè)吊掛便攜式瓦檢儀，距離孔口不大于300 mm，直至爆破時取下。

3) 使用d75 m×4 m的PE管作為炸藥的載體，使用2根進行連接，PE管之間采用螺紋接口連接。

4) 單孔使用炸藥12 kg，15卷，炸藥單卷分次的放入PE管內(nèi)，連接緊密后對PE管兩端使用炮土進行封閉，封閉長度為250 mm.

5) 裝藥時，由于巷道空間受限，先在爆破孔外將炸藥分別裝入2根PE管內(nèi)，然后按順序?qū)?根PE管送入爆破孔內(nèi)，在爆破孔口位置處將兩根PE管進行螺紋連接，連接時確保炸藥藥卷緊密相連，保證炸藥的傳爆效果。

6) 在最后一卷炸藥上安裝2根煤礦許用導(dǎo)爆索，作為起爆藥卷，使用炮泥封孔時保護好煤礦許用導(dǎo)爆索的外皮。

7) 為了保證PE管能夠在爆破孔內(nèi)防滑，不會因為自身重力等原因脫落滑出，需要在裝有炸藥的PE管尾端裝入500 mm的炮泥，在裝有炸藥的PE管到達爆破孔頂端后將炮泥搗實，起到防滑作用。

8) 投藥時，由于爆破孔口位置較高，需要搭設(shè)安全平臺。搭設(shè)平臺采用3 m鋼管搭設(shè)腳手架，要求連接緊固。平臺上方鋪滿木板，同時，用鐵絲固定。在平臺的周圍需要用菱形網(wǎng)進行安全保護?，F(xiàn)場可根據(jù)實際情況，采取5 m樓梯配合腳手架進行施工，使用樓梯時，需在樓梯頂端用鐵絲捆綁牢固。

9) 將裝有炸藥的PE管投入爆破孔頂部過程中，需4～5人配合，緩慢操作，小心保護導(dǎo)爆索外皮，防止導(dǎo)爆索與孔壁摩擦產(chǎn)生破口或者斷裂。

10) 裝有炸藥的PE管進入頂部后，開始使用黃泥炮土進行封孔，封孔長度16 m，炮泥采用炮泥機進行制作。

11) 封孔時，使用炮棍將封孔炮泥緩慢推入爆破孔內(nèi)，輕輕搗實。期間，保護好導(dǎo)爆索，防止導(dǎo)爆索損傷。

12) 在2根導(dǎo)爆索的尾端分別連接2根腳線3 m的電雷管，再將2根電雷管的正極、負極分別連接，形成并聯(lián)，加強引爆效果。再將雷管的正負極進行短路連接，同時將雷管腳線懸空，避免與其他導(dǎo)體相連。

13) 炮棍采用6根d50 m×4 m的PE管連接而成。需要在頂端加工一個短木棍，確保木棍能夠與PE管緊密相連，并需采取鐵絲穿過木棍、PE管頂端進行加固，同時利用30 m長度d12.5鋼絲繩與炮棍頂部木棍進行連接，防止木棍在搗實炮泥過程中粘連炮泥掉入爆破孔內(nèi)。

4 應(yīng)用效果

趙莊煤業(yè)5312大采高綜采工作面采用深孔爆破過陷落柱矸區(qū)，減少了成本的投入，實現(xiàn)了大采高工作面順利高效的回采。

提前在順槽巷道陷落柱區(qū)域內(nèi)進行深孔爆破，對陷落柱內(nèi)的矸區(qū)進行預(yù)裂。深孔爆破施工安排在工作面回采至陷落柱以前，主要利用檢修時間施工，不影響工作面正常生產(chǎn)，提高了工作面的回采效率，減少了施工人員勞動強度。

采用深孔爆破對矸區(qū)進行預(yù)裂，回采期間減少了矸區(qū)對采煤機的截割震動，降低了采煤機機電事故的發(fā)生及機電成本的投入。

通過深孔爆破對矸區(qū)進行預(yù)裂后，綜采工作面回采效率由3循環(huán)/天，提高至5循環(huán)/天，提升效率66.6%.深孔爆破處理后，不需再進行迎頭放震動炮，避免了人員進入煤幫打眼放震動炮，減少了停機次數(shù)，提高了過陷落柱效率。

5 結(jié) 論

趙莊煤業(yè)在大采高綜采工作面過矸區(qū)期間應(yīng)用深孔爆破預(yù)裂回采工藝，消除了回采面爆破對采煤機的截割震動，降低了采煤機機電事故的發(fā)生，減少了機電成本的投入。深孔爆破對矸區(qū)進行預(yù)裂后，工作面回采效率由3循環(huán)/天提高至5循環(huán)/天，提升效率66.6%，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。