煤柱爆破技術(shù)在煤峪口礦中的應(yīng)用研究

賈 明 坤

（大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦地測(cè)科，山西 大同 037041）

410 盤區(qū)81004 綜采面位于盤區(qū)北部，煤層厚度0~4.77m，平均厚度2 m，含有1~2 層的夾石，屬于穩(wěn)定可采煤層，上覆3 號(hào)煤層已采空。開采過(guò)程中遺留大量的煤柱[1]，使沖擊地壓的危險(xiǎn)增大，導(dǎo)致在下覆開采時(shí)，巷道承受壓力過(guò)大，礦壓動(dòng)力明顯，嚴(yán)重影響開采的安全進(jìn)行；因此，提出采用深孔爆破弱化的方法，對(duì)煤柱頂板斷裂典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并施以爆破技術(shù)，結(jié)果表明，在采用深孔爆破后，頂板的卸壓效果明顯，為治理煤柱沖擊地壓提供了借鑒。

1 頂板斷裂結(jié)構(gòu)分析

1.1 煤柱上方斷裂

在煤柱上方斷裂中，斷裂性在煤柱上方，影響煤柱和巷道穩(wěn)定性的主要是A 巖石，在此類結(jié)構(gòu)中，由于煤柱和巷道的支撐結(jié)構(gòu)容易斷裂，在經(jīng)過(guò)A 巖石進(jìn)入到煤柱區(qū)域后，其應(yīng)力超過(guò)煤柱和巷道支撐結(jié)構(gòu)的最大限制時(shí)，就容易發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)，其斷裂結(jié)構(gòu)如圖 1 所示[2]。

1.2 實(shí)體煤側(cè)斷裂

圖2 所示，在實(shí)體煤側(cè)斷裂中，A 巖石斷裂后，實(shí)體煤側(cè)上方的頂板與采空區(qū)的殘留物處于鉸接的形式，這樣能夠在一定程度上將煤柱區(qū)的應(yīng)力降低，但是如果出現(xiàn)回轉(zhuǎn)下沉，就會(huì)使巷道的圍巖出現(xiàn)很大的變形。

圖1 煤柱上方斷裂結(jié)構(gòu)圖

圖2 實(shí)體煤側(cè)斷裂結(jié)構(gòu)圖

1.3 采空區(qū)側(cè)斷裂

在采空區(qū)側(cè)斷裂中，A 巖石對(duì)煤柱和巷道的穩(wěn)定性不再那么明顯，覆巖可近似的看成是一端固定的懸臂梁，B 巖石主要在實(shí)體煤側(cè)的一面作用，這樣使得煤柱區(qū)的應(yīng)力降低，此時(shí)要對(duì)B 巖石到實(shí)體煤側(cè)的距離L 進(jìn)行很好地控制，以免出現(xiàn)再次斷裂，由采空區(qū)側(cè)斷裂變成煤柱上方斷裂，導(dǎo)致沖擊地壓的危險(xiǎn)再次增加，其斷裂結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 采空區(qū)側(cè)斷裂結(jié)構(gòu)圖

2 爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 爆破鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)81004 工作面大巷的布置及設(shè)備情況，確定鉆孔與煤柱的距離為0.7 m，鉆孔間距2 m，為了降低沖擊地壓的危險(xiǎn)，2 個(gè)鉆孔之間相隔1 個(gè)空孔，這樣可以增大爆破面，使爆破效果更明顯。但由于鉆孔的機(jī)器很難進(jìn)行垂直鉆孔，因此將鉆進(jìn)行傾斜，傾斜角度為15°，傾斜孔深為41.5 m，鉆孔直徑為75 mm。

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

1）煤柱炮孔角度。炮孔最小角度為19.30°，最大角度為40.60°，根據(jù)相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，要使頂板的巖層在回采后能及時(shí)垮落，煤柱的炮孔角度在頂板偏轉(zhuǎn)采空區(qū)25°方向，因此，此次的爆破炮孔角度確定為與采空區(qū)成25°方向。

2）底板爆破炮孔深度。根據(jù)巖石可以使碎脹垮落，炮孔的深度要確保在巖石垮落后能使回采空間充滿。充分考慮施工及安全系數(shù)的影響因素，此次的爆破炮孔深度確定為37 m。

3）炮孔間距。頂板的深孔爆破主要采取柱狀藥包[3]，根據(jù)柱狀空腔的膨脹理論，對(duì)炸藥爆破后的巖體分為彈性和塑性區(qū)域，根據(jù)巖體和爆源的距離，對(duì)爆破后的巖體分為爆破空腔區(qū)、破碎區(qū)、裂縫區(qū)、彈性震動(dòng)區(qū)。爆破空腔區(qū)離爆源是最近的，因而半徑是最小的，是炮孔擴(kuò)展后形成的，炮孔間距是由破碎區(qū)半徑和裂縫區(qū)半徑?jīng)Q定的。此次爆破選用直徑75 mm 金剛石鉆頭，配套的是二級(jí)乳化炸藥，其直徑為35 mm、長(zhǎng)度300 mm、質(zhì)量300 g，且炸藥的密度是1 107.73 kg/m3，爆破速度是3 600 m/s，根據(jù)對(duì)頂板巖層物理力學(xué)參數(shù)的測(cè)定，得到破碎區(qū)的半徑是440.19 mm，裂縫區(qū)的半徑是2 250.93 mm，根據(jù)410 盤區(qū)81004工作面的條件，頂板為細(xì)砂巖，確定頂板爆破的炮孔間距為500 m。

4）炮孔裝藥量。由于此次選用的是條形藥包，裝藥量是根據(jù)裝藥長(zhǎng)度來(lái)決定的，采用2 卷并排式將炸藥進(jìn)行捆綁，裝藥線密度是2.0 kg/m，根據(jù)要爆破巖層的厚度、強(qiáng)度等參數(shù)，確定單孔裝藥長(zhǎng)度為15 m，單孔裝藥量為30 kg。將爆筒的接頭用膠帶固定，并在爆筒管上安裝雷管，雷管的母線放在凹糟中，對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)孔將母線穿出，在雷管上進(jìn)行標(biāo)號(hào)。

5）封孔。將炸藥裝好后，根據(jù)炮孔的長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行封孔，準(zhǔn)備好炮泥，并用炮棍將炮泥送入炮孔，盡量按壓緊密，而且將炮泥送入炮孔的長(zhǎng)度要小于3 節(jié)，最后用黃土封泥來(lái)密封，要注意保護(hù)母線，不要出現(xiàn)纏繞，讓母線保持在孔壁的上面，做好固定。

2.3 爆破方式

此次爆破使用BF-200 起爆器[4]，對(duì)其進(jìn)行裝藥，然后爆破，選擇的炮聯(lián)線是將炮孔總體串聯(lián)起來(lái)，炮孔內(nèi)的雷管并聯(lián)起來(lái)，每次爆破的炮孔不超過(guò)3 個(gè)，爆破先從工作面開始，逐漸向外，且當(dāng)班的裝藥炮孔要在當(dāng)班進(jìn)行爆破。

3 爆破效果分析

圖4 爆破前后裂縫對(duì)比圖

通過(guò)對(duì)頂板煤柱的爆破，使煤柱區(qū)應(yīng)力得到轉(zhuǎn)移，從而降低了應(yīng)力，減小了巷道的變形量，降低了對(duì)地壓的沖擊，確保下層開采的安全可靠。通過(guò)上述確定的爆破參數(shù)，對(duì)81004 工作面上層煤柱進(jìn)行爆破前后對(duì)比，得出結(jié)果如圖4 所示，從圖中可以看出，在爆破前裂縫較小，見圖C1處，進(jìn)行爆破后，在氣體和應(yīng)力波的影響下，出現(xiàn)新的裂縫，見圖C2處，可見裂縫的尺寸明顯增大。

4 結(jié) 論

為了減小下層開采受沖擊地壓的影響，防止出現(xiàn)煤柱底板斷裂現(xiàn)象，提出煤柱深孔爆破弱化方法，通過(guò)分析煤柱頂板斷裂結(jié)構(gòu)，并對(duì)爆破參數(shù)和方式進(jìn)行確定，結(jié)果表明：

1）煤柱頂板斷裂主要有3 種典型結(jié)構(gòu)，包括煤柱上方斷裂、實(shí)體煤側(cè)斷裂、采空區(qū)側(cè)斷裂，一旦出現(xiàn)斷裂，就會(huì)增加沖擊地壓的危險(xiǎn)。

2）根據(jù)81004 工作面的具體情況，對(duì)爆破鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，并確定相關(guān)的爆破參數(shù)，炮孔角度為25°，炮孔深度為37 m，炮孔間距為500 m，單孔裝藥長(zhǎng)度為15 m，裝藥量為30 kg。

3）對(duì)頂板進(jìn)行深孔爆破后，可以看出，爆破后的裂縫明顯增多，尺寸增大。在使用該方法后，減小了巷道的變形量，降低了對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)，確保了下層開采的安全進(jìn)行。