預裂爆破技術在突出煤層回采工作面的應用

摘要：方莊二礦是高突礦井，要消除回采工作面突出危險性，就要做好抽采工作，因煤層透氣性較差，增加煤層的透氣性就是關鍵。預裂爆破措施是提高煤層透氣性，從而達到強化抽采瓦斯的有效方法，該技術對于防治回采工作面的煤與瓦斯突出有明顯效果。

關鍵詞：回采工作面 預裂爆破 增透 抽采瓦斯 瓦斯治理

1 概述

焦作作為一個開采歷史悠久的礦區，目前主采礦井開采深度逐步加大，實測最高煤層瓦斯壓力已達2.42MPa，瓦斯含量34m3/t。迄今為止，已累計發生煤與瓦斯突出350余次。煤與瓦斯突出的發生，嚴重威脅著煤礦的安全生產，制約著采煤工藝的進步，從根本上解除瓦斯因素的束縛，是各突出礦井所面臨的緊迫任務。

突出煤層區域瓦斯治理的關鍵，是抽采措施的有效性。焦作礦區煤層透氣性條件差，在提高煤層透氣性方面進行的研究，包括提高鉆孔有效影響半徑和改變煤體裂隙發育狀態等方面。大直徑鉆孔試驗、變徑擴孔試驗等屬于提高鉆孔有效影響半徑的方式，深孔預裂爆破則屬于提高煤體裂隙發育程度的方式。提高預抽鉆孔抽采效果，單純依靠抽放時間的延長必然影響掘進施工進度，針對這一問題進一步研究鉆孔增透技術是必要的。

2 預裂爆破目的

預裂爆破的目的是為了增加煤體的裂隙長度和范圍，以提高透氣性，減少抽放阻力，從而提高瓦斯的抽放率。因此它不僅要求在相鄰孔間連線方向形成貫通裂縫，而且要求其它方向盡可能多地產生裂隙，使煤體內形成以炮孔為中心相互連通的裂隙網。

3 預裂爆破設計方案

3.1.1 施工工序

預裂爆破孔施工——裝藥——封孔——聯線——起爆——預裂爆破效果考察。

3.1.2 爆破孔施工

施工機械：撫順煤科院生產的ZDY—500/22S型煤礦用全液壓坑道鉆機。

3.1.3 爆破材料選型

①炸藥選型：安徽雷鳴科化股份有限公司生產的PT437水膠炸藥。

②雷管選型：鶴壁煤業集團511廠生產的煤礦許用毫秒延期電雷管，額定阻值≤6.0Ω，實測阻值3.8—4.4Ω較多，選用阻值4.0—4.2Ω。

③導爆索選型：阜新礦務局生產。

④深孔預裂管選型：淮南礦務局生產。

⑤放炮母線及長腳線選型：4×1.5mm2電纜。

3.1.4 爆破參數

①炸藥

單卷炸藥參數：長210mm，Φ35mm，重量0.22kg。

②引爆方法

采用單孔雙回路并聯引爆。

第一引爆回路：電雷管引爆；最外端一卷炸藥內設置一個電雷管。

第二引爆回路：電雷管+導爆索引爆；從炸藥卷里端開始敷設導爆索直至炸藥卷外端，在導爆索外端綁上一個電雷管。

爆破孔內的2個電雷管采用并聯方式與母線連接。

③發爆器的選擇

選用MFD—200型發爆器，引爆能力200發，脈沖電壓峰值2800伏，允許最大負載電阻1220Ω。爆破網路電阻為22.59Ω，發爆器準爆能力遠遠大于爆破網路電阻；因此，所選發爆器能夠滿足要求。

3.1.5 裝藥

爆破鉆孔施工后，必須盡快要裝藥，裝藥前，孔內應保持暢通，無殘留煤渣，孔內煤渣多，應用壓風吹盡。

圖1 裝藥工藝圖

裝藥方法：用竹板上、下錯步扣住藥卷，藥卷應依次送入，導爆索從頂端一直拉到孔口外，孔口處的藥卷和導爆索安裝礦用毫秒延期電雷管。腳線與電線連接，接頭設置在預裂管末端，并固定一根鉛絲，（故障時，拉出藥卷），最后，用管子輕輕使藥卷送入孔內。

3.1.6 封孔

用黃沙和黃泥進行充填。炮眼10米以外，用黃沙和黃泥封填，把黃沙送至距孔口5m處，黃泥封到孔口，黃泥要有一定的粘稠度，避免堵住炮眼。

4 預裂爆破試驗考察

14121運輸巷位于14采區西翼，上部為14121工作面未采區，下部為14141設計工作面，于2005年3月開始施工。14121運輸巷煤層厚4.2～9.2m，平均厚度6.5m，上部軟分層厚度0.7～2.5m，煤層傾角12.5°，直接頂為2.9m厚的粉砂巖，老頂為9.85m厚的砂巖，直接底為1.15m厚的碳質泥巖，巷道頂板標高—208.4m。實測煤層原始瓦斯含量在17.4m3/t，瓦斯壓力1.17MPa。

14121工作面自2011年8月12日在14121工作面進行第一次預裂爆破實驗，共打16個預裂孔，其中包括：切眼3個預裂孔、一橫貫10個預裂孔、下風道3個預裂孔。下風道2號預裂孔裝藥時由于塌孔無法爆破，其它15個預裂孔都順利進行了爆破。預裂爆破鉆孔一般深度32～65m，封孔深度不小于10m，每次裝藥量在114～240卷。

4.1 預裂爆破參數及工藝的考察

預裂爆破孔參數：采用Φ89mm鉆頭施工，采用風力排渣；鉆孔布置距頂板1—1.5m，布置在硬煤中，距軟分層>0.2m，距抽放孔的距離>0.5m，預裂爆破孔施工方向：沿工作面走向方向，平行于抽放孔，與水平夾角0—1°，不能有負坡度，否則不便于排渣、裝藥。預裂爆破采用竹板捆綁裝藥，用沙和黃泥封孔，導爆索引爆的方式，均取得了較好的效果。

4.2 預裂爆破影響半徑的考察

試驗期間，分別與爆破前后測試預裂爆破孔兩側一定范圍內的抽放孔的抽放參數，考察表明：預裂爆破鉆孔的影響半徑可達10～18m。在其影響范圍內，一些鉆孔抽出量成倍提高，但也有一些鉆孔瓦斯濃度下降，流量升高，抽出量顯著降低。

分析認為，預裂爆破孔一方面使煤體卸壓，瓦斯解吸量升高，另一方面會因為爆破的作用，破壞已有鉆孔的封孔段，導致其抽出量的降低。而再遠一些的位置，則可能在爆炸能量的擠壓作用下，裂隙發生閉合。

4.3 預裂爆破抽放效果考察

①對14121下風道的8寸孔板進行跟蹤考察。

考察發現：8寸孔板的抽出量比預裂爆破前最大增加21.5%，平均增加10.9%。

②對14121下風道的3號預裂爆破鉆孔附近20米的抽放鉆孔進行了跟蹤考察。

考察發現：預裂爆破后，爆破孔以里9.6米、11.6米處和爆破孔以外4米、8米處的鉆孔抽出量減小，但其他鉆孔的抽出量都是增加的；70天后，所有鉆孔的抽出量都比預裂爆破前增加，百米鉆孔瓦斯流量也比預裂爆破前增大。

③對一橫貫以東41米不同距離處的8組鉆孔進行跟蹤考察。

考察發現：8組抽放鉆孔的抽出量都是不斷增加的，百米鉆孔瓦斯流量也增大。

5 結論

通過預裂爆破，可以使得煤層瓦斯卸壓、增加裂隙溝通、提高煤層的透氣性，進一步減小和消除工作面在回采期間的煤與瓦斯突出危險，保證了礦井的安全生產，促進了礦區的社會穩定。

參考文獻：

[1]鄭福良.深孔預裂爆破技術在煤礦井下的應用，爆破1997.04.

[2]樊少武，提高煤層透氣性的理論研究，煤炭工程.2005.9.