深孔預裂爆破技術在工作面過陷落柱的應用

殷秀文， 徐美玲， 孫占杰

（山東和安地礦勘測有限公司， 山東 濰坊 261041）

陷落柱是一種相對發育的地質構造，在我國山西、陜西、內蒙等地區煤礦開采中經常遇到。陷落柱的存在往往會造成煤層破壞，使區域煤層失去可采價值，同時，因陷落柱的存在，給采掘施工也造成了較大難題，其中，巷道的維護和頂板管理是安全管理的重點[1-2]。對于陷落柱較為發育地區，若長壁回采工作面存在多個陷落柱，會造成采煤機、液壓支架通過困難，甚至會造成回采停滯[3-4]。當前，采煤工作面過陷落柱的方法主要有繞過式、跳采式和平推硬過三種，因繞過式和跳采需要重新施工巷道，工程量較大，造成采面停產，故而，通常更傾向于平推硬過的方式過陷落柱。根據地質資料，潞安某礦2103工作面在推進過程中會遇到陷落柱XLZ6，該陷落柱影響范圍較大，為確保工作面安全高效回采，在借鑒兄弟礦井過陷落柱的基礎上，決定采用超前預裂爆破技術過陷落柱，取得了較好的效果。

1 工程概況

2103工作面南部為2101工作面采空區，北部為實體煤，西部為井田邊界，東部為采區集中巷道，工作面平均采高為3 m，屬于穩定可采煤層。工作面設計走向可采長度為662 m，傾斜長度為190.5 m，工作面頂板為砂質泥巖和粉砂巖，底板為泥巖和砂質泥巖。根據地質資料《2103工作面陷落柱鉆探總結》可知，XLZ6陷落柱呈不規則狀，距運輸順槽開口537~616 m范圍內，偏向2103回風順槽，陷落柱長軸約90 m，短軸約50 m，巖性混雜，灰巖較多，膠結程度較好，無水害影響。在2103工作面巷道掘進過程中穿過陷落柱段的巷道支護方式為工字鋼棚支護，截止當前工作面推進距離揭露XLZ6陷落柱邊緣23 m時，工字鋼棚支護狀況良好。

2 過陷落柱方案的確定

鑒于XLZ6陷落柱巖性混雜，且以灰巖為主，整體巖性較硬，若采用采煤機進行強行截割勢必會造成滾筒及刀齒磨損，經綜合分析，決定先采取措施對陷落柱巖體進行預裂或軟化然后采用采煤機進行截割來過陷落柱。目前，陷落柱巖體預裂方式多采用松動爆破預裂，而巖體軟化主要有高壓注水軟化和酸性溶液軟化[5]。松動爆破作為常規的巖體預裂方式具有操作方便，易于施工等優點，但崩裂的巖體容易造成機械設備損壞；高壓注水軟化要求巖體滲透率較高，酸性溶液軟化效果較好，但實施工序繁瑣，成本較高。深孔預裂爆破技術是一種在不產生拋擲的條件下充分利用爆炸能量，將巖體破碎的一種控制爆破技術，該爆破技術可有效避免松動爆破、巖體軟化等方法的弊端，同時結合現場實際和XLZ6陷落柱的巖性特點，決定將該技術實施于過XLZ6陷落柱實踐中。

3 深孔預裂爆破實踐

3.1 鉆孔施工原則

為了確保深孔預裂爆破后形成的巖體裂隙貫通，巖塊破碎程度相對均勻，在進行鉆孔施工時，鉆孔深度、間距、傾角等參數必須符合現場實際。為了確保鉆孔施工達標，鉆孔嚴格按照設計位置和坡度進行布置，鉆孔應符合定位準、角度準、成孔好等基本要求，在鉆進過程中如若遇到軟巖應立即停止施工，以防塌孔，影響裝藥爆破和圍巖結構平衡。在實施每個鉆孔后，技術人員要實時驗收，對于不符合要求的鉆孔應在0.5 m范圍內進行補孔，當鉆孔內積有煤巖屑時及時采用高壓風管進行沖孔，在確保鉆孔符合要求后及時進行裝藥，避免在地應力或者外力擾動作用下出現塌孔。經過多次試驗，最終確定鉆孔參數：巖石厚度≤1.5 m時采用單排孔布置，巖石厚度＞1.5 m時采用上下交錯雙排孔布置，鉆孔間距為5 m，孔徑76 mm，鉆孔均垂直煤墻水平布置。

3.2 裝藥和前起爆

根據設計，將規格400 mm/卷的煤礦三級許可炸藥按照每3卷作為一組裝進Φ60 mm的PVC管內，每組炸藥均采用正向裝藥，裝藥組數以鉆孔實際深度和封泥不低于5 m為準。利用送藥器將裝有炸藥的PVC管送至鉆孔底部，雷管腳線延伸至孔外。考慮到封孔所需炮泥較多，采用自制風動炮泥機制作炮泥，炮泥塞入鉆孔后，用木棒搗實，確保炮泥與孔壁緊密粘結。為了提高爆破質量，采用分組集中起爆方式，根據設計，將爆破區域范圍按照每10 m為一區間分組。在一組起爆結束后對爆破效果進行查看，及時處理“瞎炮”，在確認安全的前提下再進行下一組爆破孔起爆。2103工作面深孔預裂爆破裝藥見圖1所示。

圖1 2103工作面深孔預裂爆破裝藥示意圖

3.3 安全輔助措施

1）在過陷落柱期間，尤其是在深孔預裂爆破期間，要求支架接頂嚴實，相鄰支架錯差符合要求，嚴禁超高采煤。

2）在過陷落柱期間，密切關注采場頂板和煤壁情況，對于頂板和煤壁穩定較差，存在頂板冒漏和煤壁片幫傾向時，及時采取措施進行維護。2103工作面過陷落柱期間，在陷落柱邊緣地帶采取瑪麗散加固有效避免了頂板和煤壁失穩。同時，按要求在現場備足支護材料，一旦出現頂板冒漏和煤壁片幫及時進行支護。

3）在工作面推進期間，安全員、跟班干部等管理人員嚴格按照措施進行頂板、有害氣體等方面的安全檢查，發現隱患及時處理，確保工作面安全過陷落柱。另外，在爆破時嚴格執行“一炮三檢”制度，確保不安全不放炮。

4）注重工作面礦山壓力觀測，充分利用礦壓規律進行采場安全管理。

3.4 爆破效果分析

過XLZ6陷落柱期間隨機某次爆破參數進行統計，見表1。

表1 2103工作面過XLZ6陷落柱期間爆破參數

爆破后，炮孔封泥多有隆起現象，但是未發現沖孔和瞎炮現象。當采煤機截割至爆破區域時，可觀察到爆破孔之間的裂隙明顯增多，且裂隙貫通性較好，爆破區域范圍內的碎裂巖石塊度較為均勻，預裂效果較好。分析認為其原因主要在于裝藥結構合理，封孔嚴實，確保了炸藥爆炸時釋放的能量在炮孔內均勻釋放，最終導致裂隙均勻擴張和巖石的均勻碎裂。另外，盡管對陷落柱邊緣地帶減少了炮眼布置數目，同時采用分組爆破一定程度上降低了爆破震動的影響，但陷落柱邊緣地帶在爆破后出現頂板少量巖體冒漏現象，鑒于此，在后續循環的爆破前，對陷落柱邊緣地帶進行了注射瑪麗散進行加固頂板巖體，頂板得到了有效控制。通過深孔爆破預裂的實施，有效降低了陷落柱巖體的硬度，在2103工作面推過XLZ6陷落柱期間，采煤機滾筒未出現明顯的磨損，平均每天更換的截齒數僅為3個，相比于跳采、繞過等方式節約了將近一倍的時間。

4 結語

通過深孔預裂爆破技術的實施，有效確保了工作面安全高效推過XLZ6陷落柱，避免了采用繞過或跳采等方式過陷落柱導致的停產現象，同時，相比于傳統的松動爆破方式過陷落柱，不僅有效解決了因爆破引起的設備損壞問題，同時相比于松動爆破過陷落柱工效提高了一倍，工作面每天不低于4刀煤，保證了工作面的穩產和達產。