深孔預裂爆破過地質構造技術在陽煤一礦的試驗應用

陳守鈺

（陽泉煤業（集團）有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 引言

陽煤一礦位于山西省陽泉市礦區，礦井生產能力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大單斜的西北部，井田內發育有次一級的較平緩褶皺群和層間斷裂構造，局部地段發育有陡傾撓曲，尤以陷落柱發育密集廣泛。據上部已采煤層揭露，共發現陷落柱345個，陷落柱總面積0.55km2，占已采區域面積的3.9%，陷落柱影響儲量占可采儲量的8.4%。今后仍將有一半以上的采區處于陷落柱分布密集的地區內，由于陷落柱的存在使許多工作面未能按設計布置成正規工作面，只能切割部分小面。當回采中遇大的陷落柱時被迫重穿切巷甚至提前結束回采，嚴重影響礦井產量、采掘銜接和經濟效益。

2 回采工作面過構造現狀

目前一礦過構造全部采用淺孔爆破方法，生產效率低，安全可靠性差，主要表現在以下幾個方面：（1）淺孔爆破方法一次處理的進尺小，打眼費時，不能與工作面生產平行作業，嚴重影響工作面正常進度；（2）由于部分構造巖石硬度較大，采取采煤機強行截割，容易產生火花，引爆工作面瓦斯；（3）堅硬巖石對采煤機、工作溜、破碎機等設備損害嚴重，增加了設備的事故率，縮短了設備的服務年限。

3 深孔預裂爆破基本原理及特點

3.1 深孔預裂爆破基本原理

深孔預裂爆破的基本機理是在回采工作面過構造前方，按照工作面過構造設計角度施工一組平行于工作面推進方向的若干大直徑鉆孔，通過增大裝藥量、不耦合裝藥方式、大循環的爆破方式，達到利用不耦合裝藥間隙的存在減少爆炸產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，減少粉碎區增加爆炸應力波的作用時間和加大裂隙區作用范圍，充分發揮深孔預裂爆破效能，使爆炸產能的高能氣體充分擠壓在煤巖上產生大量裂隙，并和自由孔之間形成貫通裂隙。通過深孔預裂爆破使工作面煤巖產生松動帶，造成局部煤巖體應力重新分配形成應力集中，促進工作面煤巖體裂隙進一步發育，從而改變煤巖體結構，促使煤巖體應力發生重新分布，起到松動、弱化煤巖的作用。

3.2 深孔預裂爆破特點

深孔預裂爆破預裂技術是指爆破孔深度在10m以上，為增加煤巖體裂隙而在實體煤巖體中進行的非落煤巖的爆破。與淺孔爆破相比其具有以下優點：（1）深孔預裂爆破循環大，鉆孔利用率高，可有效弱化過構造煤巖強度，有利于采煤機直接截割，大大提高循環作業效率；（2）拋擲煤巖量少，減少了煤巖拋擲對工作面設備的破壞和人工清矸強度；（3）深孔預裂爆破預裂裝藥量大，爆破能量高，構造區截割大塊率少。

4 深孔預裂爆破在一礦的試驗應用

4.1 工作面構造情況

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

圖1 工作面構造位置示意圖

4.2 實施方案

針對深孔預裂爆破關鍵技術與工藝，利用理論分析和數值模擬相結合的方法研究不同爆破參數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、炮孔間距、封孔長度、炮孔布置方式等深孔預裂爆破參數，最終確定深孔預裂爆破技術方案如下：本次深孔預裂爆破孔設計為五花眼布置，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（如果鉆機允許，采用63mm的爆破筒爆破），爆破完畢后可根據圍巖預裂情況，考慮是否補打炮孔進行裝藥二次預裂。

圖2 炮眼布置示意圖

深孔預裂爆破設計鉆孔長度30m，其中裝藥長度25m，封孔長度5m，見表1。

表1 深孔預裂爆破參數表

4.3 施工工藝

（1）鉆孔設備及工藝

工作面爆破打孔采用ZDY660型鉆機，設備技術參數見表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，為了使爆破達到預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°。在鉆孔時盡量將孔內的煤渣排除，要求鉆桿鉆到規定深度時鉆機空轉5min。在炮孔角度下俯時，孔內的巖渣很難排凈，為此采用高壓水和高壓風聯合排渣工藝，即先用高壓水排粉，當鉆進到指定位置后，將高壓水改為高壓風，利用高壓風將孔內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：為了防止深孔預裂爆破過程中“管道效應”的產生，炮孔中應加導爆索，同時為了保證炮眼內藥包的完全引爆，采用雙雷管、雙導爆索引爆，兩根導爆索均延伸至炮眼底部藥包，每一根導爆索均采用順發電雷管引爆。裝藥采用PVC管拖裝方式，即先將炸藥、導爆索放入Φ50mm的PVC管內，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。采用連續不耦合方式裝藥，炸藥采用小直徑藥卷，有利于擴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，封孔時每封入一節炮泥（長度約300mm），要求用炮棍搗實，保證封孔質量。

（4）起爆工藝

雷管采用礦用8號順發電雷管，導爆索采用礦用許可導爆索。起爆采用雙起爆正向起爆，炮孔起爆采用“局部并聯、整體串聯”的方式，每個炮孔中裝入2個雷管并聯，孔與孔之間采用串聯的方式進行，炸藥起爆時每次起爆炮孔1個。

5 現場效果

經過生產實踐和數據統計分析，深爆孔和大藥量爆破后，產生的高能量氣體使周圍巖體產生強力受壓，巖體在擠壓的作用下產生變形，使致密堅硬的巖石形成多條裂縫和破碎帶，弱化了巖石強度，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后，在周圍巖體引發局部應力集中現象，在采動影響和應力集中疊加的作用下，促進工作面巖體結構的改變和應力結構重新分布，從而達到松動巖體的效果，大大降低了采煤機的截割強度，提高了割巖速度。

與傳統密集淺孔爆破方法相比，使用深孔預裂爆破過構造技術爆破區域巖石松動圈明顯，采煤機截割難度降低，基本可以實現輕松順利通過，每天的割巖刀數是淺孔爆破方法的2倍以上，區域內巖石塊度（≥400mm×400mm）降低了65%，截齒消耗率降低了50%，工作面整體推進速度與生產效率提高了一倍。

6 結論

深孔預裂爆破過地質構造方法與淺孔爆破方法相比，大大提高了工作面推進速度，減少了誤工誤產損失，增加了礦井經驗效益，最終達到了降本增效的目的，適用于工作面遭遇的各類巖石性構造，大大提高了生產效率，本技術可在陽煤集團所屬礦井內進行全面推廣應用。