綜采工作面深孔爆破過地質構造工業性試驗分析

李虹霖

（山西壽陽潞陽祥升煤業有限公司，山西 壽陽 045400）

工作面開采時遇斷層等地質構造會引發頂板冒頂、煤壁片幫，影響工作面回采進度，嚴重的還會威脅作業人員的安全[1-4]。為了保證3303 工作面通過構造區和異常區安全回采，提出了超深孔爆破技術方案，在工作面回風巷異常區進行試驗。

1 工程概況

3303 工作面主采3 號煤層，煤層厚度為0.99～3.10 m，平均厚度為2.0 m。含0～2 層夾石，結構簡單。頂板為砂質泥巖、碳質泥巖，底板為砂質泥巖，少量為細砂巖，屬穩定的全區可采煤層。煤層頂底板巖性見表1。

表1 煤層頂底板巖性

根據3303 軌道順槽、3303 膠帶順槽及3303 切眼當時掘進情況，結合三維地震勘探結果顯示2 處構造區和3 處異常區，分別是：

1）X3 陷落柱：在距3303 軌順開口往前848 m處顯示有X3 陷落柱，長軸66 m，短軸25 m，但3301皮順掘進時未揭露該陷落柱。

2）DF5 正斷層：在距3303 皮順開口往前150 m處顯示有DF5 正斷層，走向北北東，傾向南東東，傾角50°～65°，落差0～7m，3 號煤內延展長度約275 m，3303 皮順掘進時未揭露該斷層；分析上述2處地質構造區域預計該段頂板破碎，瓦斯濃度有可能升高，在回采該段過程中做好頂板觀測工作，采取安全措施，確保安全生產。

3）異常區：根據工作面無線電波透視結果顯示，3303 工作面存在3 個無線電波異常區，YS1 異常區（3303 工作面距離切眼 554～577 m 段）、YS2 異常區（3303 工作面距離切眼 440～465 m 左右）、YS3異常區（3303 工作面距離切眼370～398 m 左右）。

2 施工方案

2.1 鉆孔布置

根據工作面現場實際情況，試驗區鉆孔布置如圖1 所示。鉆孔具體布置參數為：鉆孔垂直間距0.4 m，水平間距1.0 m；鉆孔孔深75 m；孔徑75 mm；鉆桿直徑63 mm；鉆孔角度0°；鉆孔數量21 個。

圖1 超深孔爆破設計平面圖

2.2 爆破

爆破參數如表2 所示，炮眼布置方式采用三花眼，裝藥長9.5～12.5 m，PVC 管直徑50 mm，封孔5 m。本次試驗由于沒有現成的藥包，試驗時必須現場進行加工，加工時先將藥包殼體清理干凈，再將直徑35 mm 的水膠炸藥藥卷裝入已準備好的殼體內，裝入時還應邊裝邊震動殼體，使炸藥密實的裝入殼體中，炸藥裝入高度達到最下刻線為止。

表2 爆破參數表

超深孔爆破的填塞也是非常重要的，它不但關系到爆破效果的好壞也關系到爆破的安全；因此，需要根據超深孔爆破的不同目的，對炮孔進行針對性的填塞。為了達到本次試驗的目的，填塞長度的確定如下：根據相關文獻，避免沖孔的安全封孔長度計算公式如式（1）。

其中，現場試驗爆破孔半徑R為37.5 mm，側壓系數f為0. 3，摩擦因數λ為0. 02，綜合影響系數出于安全考慮取最大值1.5，計算封孔長度L≥5.5 m。因此，這次試驗炮孔的填塞長取6 m 即可。

3 設備防護和除塵措施

超深孔爆破由于單個炮孔深度大、用藥量多，并且爆破是在半無限體內進行，處理的巖體介質致密堅硬，炸藥在炮孔中的能量很難在短期內消耗，這樣勢必出現不管封孔多長和多結實，都會存在沖孔現象，在孔口有強大的空氣沖擊波和部分飛石產生，這對工作面的掩護支架造成很大的威脅，并會激起大量煤塵而產生危險（本煤塵具有爆炸性），因此，在進行超深孔爆破時，對工作面支架必須嚴密保護，對爆破區域的煤塵也需要采取嚴密的防塵措施。

1）設備防護。本方案是采用柔性防護辦法來對設備的防護，即在炮孔孔口前方用皮帶對設備進行多層防護。具體方法是：第1 層是在離爆破孔口1 m處懸掛3.5 m 左右長的皮帶，懸掛寬度比爆破寬度大2 m 左右，且皮帶間需要交錯布置；第2 層是在線槽前懸掛皮帶，其寬度適當比第1 層寬度大2 m 左右，且在第2 層皮帶后的線槽上搭上一層皮帶以保護線槽；第3 層是在線槽之后液壓柱之前，懸掛第3道皮帶以加強保護液壓柱的需要。這些懸掛的皮帶事先按長度切割好，并在端頭做好懸吊鉤，以適應爆破施工時快速懸掛到位。

2）降塵措施。由于該層煤的煤塵具有較強的爆炸性，因此，在爆破起爆前要采取降塵措施。首先要對爆破區域進行全面灑水，一方面對工作面的煤塵進行濕潤，另一方面把工作面已有的揚塵降下來；其次是在爆破期間通過通風的調節作用，適當加大工作面的風量，以稀釋已有煤塵的濃度。

4 試驗效果

3303 工作面回風巷異常區經超深孔爆破后，通過比較試驗區與對比區巖石力學性質可知，試驗區巖石松軟，此區域可采用采煤機直接切割的方式通過，爆破效果較好，超深孔爆破技術有利于在整個工作面及類似條件工作面推廣應用。

5 結 語

本文根據祥升礦3303 工作面的陷落柱、斷層、異常區等地質構造條件，采用超深孔爆破技術，包括鉆孔布置、爆破設計等作了具體設計，通過工作面回風巷現場試驗，充分地表明了該技術在工作面過構造的切實可行，為下一步應用于整個工作面和該礦類似條件工作面提供了值得借鑒的經驗。