回采面順槽深孔預裂爆破切頂卸壓技術的應用研究

高 杰

（山西汾西宜興煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

煤礦作為重要能源類型，伴隨需求的增加，煤礦開采力度日益增大。在實際的開采古城中，某些掘進工作面不僅會受到頂板礦山壓力，而且還會受到采動壓力影響。為降低這種不利影響，保證開采效率和安全，可通過順槽深孔預裂爆破進行切頂卸壓，以此將采動壓力可能對掘進工作面造成的影響降至最低水平。以下結合某工作面實際情況，對其回采面順槽深孔預裂爆破切頂卸壓技術的具體應用進行分析研究。

1 工作面基本情況

某工作面屬于放頂煤工作面，其主要開采的煤層平均厚度在15.8 m 左右，在煤層底板處布置寬度為5.5 m、高度為3.8 m 的皮帶巷。經前期勘察可知，直接頂以砂質泥巖為主，呈灰黑色，在裂隙當中存在很多黃鐵礦，大部分呈薄膜狀，巖層硬度在3～4 范圍內（普氏硬度），平均厚度在2.66 m 左右。老頂以中細粒砂巖為主，呈灰白色，碎屑主要為石英，其脈狀層理較發育，部分位置還有沿垂直方向分布的裂隙，巖層硬度在6～7 范圍內（普氏硬度），平均厚度在5.45 m 左右。由于該工作面在回采過程中對與之相鄰的工作面有一定動壓影響，導致與之相鄰的工作面不得不對材料巷進行二次維護，使回采過程中承受著較大的壓力。針對這種實際情況，在工作面回采開始前需對其皮帶巷通過深孔爆破來實現切頂卸壓。為避免殘爆，各爆破孔均利用兩發雷管實施爆破，對爆破孔中的雷管做串聯處理，并在孔外進行串聯連線起爆。通過對這項技術的應用，能大幅降低回采對相鄰工作面造成的影響。

2 深孔預裂爆破技術

該工作面皮帶巷的炮眼將機頭端頭支架的第二根立柱作為起點不斷向推進的方向布置，在與保護煤柱相距400 mm 的位置施工一排炮眼，相鄰兩個炮眼之間的距離按照800 mm 控制，炮眼的深度按照17 m 控制，并與頂板保持垂直[1]。待工作面持續向前推進到炮眼和超前支架首個立柱保持平行的狀態后，方可進行裝藥爆破，在各炮眼當中裝填預裝有火藥的塑料管。起爆的炮眼個數為2～4 個，起爆前進行連線，然后不斷向外起爆，以保證工作面的循環進尺量達到要求。現場施工需嚴格按照以下工藝流程進行：交接班檢查并處理所有隱患→布置炮眼→檢查炮眼瓦斯→裝藥連線→再次檢查瓦斯→起爆→最后檢查瓦斯。在深孔爆破過程中，炸藥以三級乳化炸藥為首選，其每卷直徑為Φ35 mm×200 mm，起爆雷管為瞬發電雷管[2]。一個炮眼的裝藥數量為14 卷，裝完第7 卷火藥后安裝雷管，共安裝2 根。在連線過程中，炮孔中和炮孔外都進行串聯連線[3]。需注意的是，炮眼的施工應超前進行，同時一個炮眼只能進行一次裝藥與起爆。

3 深孔預裂爆破工藝

3.1 打眼

打眼施工采用以下工藝方法進行。

1）在深孔預裂爆破過程中，鉆孔需借助錨桿機進行，鉆頭尺寸為一般為Φ42 mm。

2）為了使爆破達到預期的效果，在打眼之前應做好拉線，同時其距離應達到30 m 以上，使炮眼孔口處于同一條線，并使孔眼形成一個平面[4]。

3）完成打眼后，其深度、角度與直徑都必須達到要求。

4）在打眼過程中，若遇到炮眼和頂部支護發生重疊的情況，應和原巷道支護保持至少100 mm 的距離。

5）在打眼過程中，若遇到深度超過4 m 的廢眼，則應在其周圍使用紅色的油漆予以標注，并在裝藥過程中使用黃土對其進行封堵，確保封堵的長度達到1.5 m 以上。

3.2 裝藥

裝藥采用以下工藝方法進行：

1）在裝藥過程中，先在塑料管其中一端填入不少于300 mm 的黃土（塑料管的直徑為40 mm，長度為4 m），然后在塑料管的另外一端連續裝入6 卷乳化炸藥，接著裝入引藥，再裝入雷管，將其小腳線捋順后拉出到管口處；將雷管安裝完成后，繼續裝入6卷乳化炸藥和引藥，最后再裝入1 根雷管，將其小腳線用相同的顏色腳線切斷到和中部放置的雷管相同長度并進行連接，用防水膠布將其包裹嚴密。對于孔外的小腳線，需在孔口處將其切斷成相同的長度，然后分別與大腳線相連，將大腳線連接到長度為19 m后，通過扭結形成短路。在裝藥的過程當中，炸藥之間應保持緊密，以免殘爆。將炸藥裝好，并檢查確認無誤后裝入水泡泥，再用黃土將整根塑料管填滿。在裝藥時使用的雷管，應為同一段號[5]。

2）將塑料管中的炸藥裝完后，將其穿入到事先打好的炮眼當中，然后利用直徑較小但長度相同的塑料管將裝完炸藥的塑料管推入到炮眼的底部，并將其搗實，避免塑料管中裝入的炸藥發生下滑，完成后將直徑較小但長度相同的塑料管取出[6]。

3）完成上步操作后，在塑料袋中填入炮土（塑料袋的尺寸為Φ40 mm×600 mm），然后用之前的直徑較小但長度相同的塑料管將塑料袋穿入到與孔口相距13 m 的位置，塑料袋的數量應達到10 個以上，直到炮土封泥到孔口以上7 m 處。最后還要在孔口處填入并搗實長度為1 m 的黃土。整個塑料管長度4 m，裝藥段長度為2.8m，封泥段長度為0.9 m，采用塑料袋進行封泥的長度為6.0 m，封泥總長為6.9 m[7]。

4 爆破施工效果

為了對該工作面材料巷進行深孔預裂爆破后的切頂卸壓實際效果予以驗證，在爆破完成后要在兩個相鄰的鉆孔中額外進行一個18.53 m 深的鉆孔施工，以此形成深度足夠的檢查孔，根據孔內裂隙情況判斷此次爆破效果。通過對這一鉆孔的窺視檢查，可分析確定對頂板進行深孔爆破之后，鉆孔中裂隙的發育情況或破壞情況[8]。具體的窺視結果為：

1）在0～11.46 m 的深度范圍之內，檢查孔孔壁的裂隙與節理均相對不發育，無顯著裂隙帶分布，孔壁較為完整。

2）在11.46～13.50 m 的深度范圍之內，檢查孔孔壁的裂隙與節理均較發育，存在顯著裂隙，但孔壁相對完整。

3）在13.50～16.80 m 的深度范圍之內，檢查孔孔壁的裂隙與節理均不發育，孔壁較為完整。

4）在16.8～18.09 m 的深度范圍之內，檢查孔孔壁的裂隙與節理均較發育，整個巖層松散，孔壁完整性差。

在完成此次深孔預裂爆破施工后，經以上窺視檢查，爆破施工效果為：

1）在11.46～13.50 m 的深度范圍內，深孔預裂爆破效果比較顯著，孔壁的裂隙與節理均發育，孔壁完整性良好，導通部位的裂隙寬度相對較小。

2）在16.80～18.09 m 的深度范圍內，深孔預裂爆破的效果最好，孔壁中的裂隙和節理均充分發育，整個巖層由于受到爆破的沖擊作用變為松散結構。

3）在0～11.46 m 和13.50～16.80 m 兩個深度范圍之內，檢查孔的孔壁無顯著裂隙帶，相對完整，預裂爆破效果一般。

通過對檢查孔實施的窺視分析可以看出，通過深孔預裂爆破處理，兩個爆破孔的實際影響半徑都能達到0.5 m 以上，且兩個炮孔之間形成的裂隙達到導通，在與頂板分別相距11～14 m 和16～18 m 的位置形成導通，在與頂板相距11～14 m 的位置，其導通裂隙寬度在1～3 mm 范圍內，而在與頂板相距16～18 m 的位置，整個巖層處于松散狀態，爆破效果良好，達到了預期的切頂卸壓目標。

由于工作面順槽開采時受到與之相鄰的回采面造成的采動影響，使順槽掘進時與后期回采時受壓相對較大，導致維護工作量增加，影響施工效果與安全；對此可以在順槽回采過程中預先通過深孔預裂爆破實現切頂卸壓，用于減小順槽掘進可能造成的影響。通過實踐可知，這行技術的應用能徹底切斷回采面和采空區之間的壓力傳播途徑，從根本上減輕順槽掘進和回采過程中的礦壓影響。

5 結語

采用深孔預裂爆破的方法進行切頂卸壓可以大幅減小采掘過程中對相鄰工作面造成的影響，起到降低礦壓的作用。然而，在井下實際應用這項技術的過程中，無論是炮眼的深度、角度，還是裝藥數量及封泥的長度，都需要進行深入的優化。在炮眼施工過程中，因錨桿鉆機所用鉆桿的直徑較小，所以在鉆進時可能發生漂鉆，而且施工較為困難，現場施工人員的勞動強度較大，環境惡劣；對此，需在技術層面上對切頂卸壓工藝各項技術參數進行優化；同時在裝備上應積極探索與現場施工更適宜的機具設備，用于提高鉆進的精度，并減小現場施工人員的勞動強度，從而保證最終的爆破效果，為后續的進一步開采奠定良好基礎。