基于深孔爆破技術的綜采工作面創新應用

韓興國

(大同煤礦集團有限責任公司 生產技術處，山西 大同 037003)

深孔爆破施工作業在煤礦應用極為廣泛，在煤層增透、井巷開挖等應用普遍，特別是在綜采工作面堅硬頂板來壓治理應用更為普遍。深孔預裂爆破在煤礦綜采工作面堅硬頂板的應用主要是對頂板進行預裂弱化處理，工作面回采后頂板能及時充分冒落，減小堅硬頂板來壓強度和來壓步距，防止工作面支架被壓，減少采空區內大面積懸頂大量積聚的瓦斯突然涌進工作面，防止瓦斯超限事故發生。目前深孔預裂爆破技術在煤礦應用廣泛，孔徑為75 mm，孔深在50 m左右的深孔預裂爆破技術應用較成熟。但是在生產實踐中80～120 m超長孔深的預裂爆破應用較少，而且在應用中帶來的封孔、探孔、裝藥等問題都會影響生產。本文在實踐中總結出了一套行之有效的方法將以上問題給與解決，在生產中通過應用，取得了良好效果。

1 爆破應用技術

1.1 工作面概況

17181(1)工作面走向長度1 270 m，傾斜長200 m，該面位于東四采區，東起潘三-潘一井田邊界煤柱，西至東四采區上山，北起17171(1)運輸順槽及17101(3)底板抽排巷以南82 m，南至17181(1) 瓦斯綜合治理巷以北35 m. 北部的17171(1)工作面于2011年9月23日收作。

1.1.1煤層情況

17181(1)工作面所采煤層為11-2煤，煤層賦存穩定，總體呈單斜狀，北高南低，煤層產狀180～272°∠2～12°，平均傾角7°，煤厚1.1～2.5 m，均厚1.66 m，黑色，水平層理，以塊狀暗煤為主，夾亮鏡煤條帶，屬半亮型煤，構造附近為鱗片或粉末狀。可采指數為1，煤層變異系數為16.3%，工業牌號1/3JM、Qm. 煤層實測瓦斯含量6.7 m3/t，具有自然發火性，煤塵具有爆炸危險性，為高地溫、高地壓的綜采工作面。

1.1.217181(1)工作面的頂底板情況

該工作面直接頂為粉細砂巖向砂質泥巖逐步相變，粉細砂巖較堅硬，不易垮落，砂質泥巖則相對較軟，易冒落。老頂為均厚7.5 m的粉細砂巖，極不易跨落。這就容易造成工作面局部懸頂，給工作面的安全回采帶來非常大的威脅。具體情況見表1.

根據工作面頂底板情況可知，工作面老頂屬于堅硬頂板，不易自然垮落，隨著工作面的回采，易出現大面積懸頂，且在懸頂一段距離后突然垮落，再加上老塘懸頂一定距離后，積聚有大量瓦斯，極易造成瓦斯超限。因此，為了使老頂自然快速的垮落，在工作面兩巷采用了深孔預裂爆破技術，并取得了良好的效果。

表1 煤層頂底板情況表

1.2 技術應用革新

1.2.1鉆孔設計革新

最初進行深孔預裂爆破作業時，設計沿工作面推進方向在兩巷布置爆破孔，一組三個孔，組與組間距為15 m，見圖1. 爆破孔的終孔位置為11-2煤層頂板法距15 m，見圖2，使得頂板實現自然垮落。具體參數見表2.

圖1 兩巷爆破孔間距示意圖

圖2 爆破孔設計參數圖

孔號角度/(°)終孔距煤層距離/m炮孔深度/m封孔深度/m裝藥長度/m19155112392201531112033615221012

實踐證明，雖然爆破孔的孔底深入頂板垂直高度15 m，但從實際檢驗效果來看，臨近兩巷的40架架后垮落情況良好，中間50架的頂板垮落情況并不理想。可見，問題沒有徹底解決。

基于這種情況，采用超長深爆破孔，降低爆破孔的角度，增加裝藥量和封孔量，以增強預裂爆破的效果。優化后爆破孔的參數見表3.實踐證明，這種方法改善了放炮的效果，使得煤層頂板能自然緊跟支架后方垮落。

表3 優化后炮孔布置參數表

1.2.2裝藥工藝革新

采用加長炮孔深度雖然效果好，但裝藥多，用時長，安全系數降低。因此，安全高效的裝藥成為提高爆破效率的關鍵。

傳統的裝藥工藝是在探完孔深之后，逐組去除炮棍，兩節炮棍一組，一組4 m. 去除炮棍后裝一定量的炸藥，再逐組連接炮棍，搗實后再逐組去除炮棍，如此循環往復。因此，傳統工藝用時較長，效率較低。

利用炮棍的韌性對裝藥工藝進行改造，通過逐組連接炮棍探孔后，不逐組去除炮棍，而是直接把炮棍連接的整體慢慢抽出，在巷道內進行一個90°的轉彎，這樣在抽出所有的炮棍后就可裝一定量的炸藥，然后用炮棍整體進行推送，推送到位后再往復操作。該工藝減少了逐組去除炮棍的時間，提高了裝藥的速度。

1.2.3封孔工藝革新

加深炮孔增加了裝藥量，加深了封孔長度，但是傳統封孔器的有效封孔長度在15 m以內，無法滿足20 m以上的封孔要求。如果單純的增加封孔器封泥軟管的長度，風壓是一定的，不能保證封孔效果，而且封泥軟管越長，往炮孔內推送越困難。

因此，采用空被筒裝封孔泥+封孔器封孔的封孔工藝，即在裝藥之后，緊接著推送裝有封孔泥的被筒，等剩余封孔長度在15 m以下時開始用封孔器封孔。該方法從根本上解決了長孔封孔的難題，并且經實踐證明保證了封孔的質量。

2 綜合效益

1) 保證了封孔長度大于20 m的封孔質量。應用空被筒裝封孔泥+封孔器封孔的工藝，保證了長封孔的爆破質量，為長封孔深孔爆破提供了實踐經驗。

2) 降低了勞動強度。去除與連接炮棍是一項繁瑣而且需要耗費大量時間的工作。通過裝藥工藝的革新，降低了勞動強度，只需直接推送就可以達到預期的效果，間接的創造了價值。

3) 增強了放炮效果。通過鉆孔的優化設計，增加了炮孔的深度以及裝藥量，使得放炮后能較好地達到預期效果，實現老頂的及時跨落，消除了懸頂以及大面積冒頂帶來的危害，為綜采工作面的安全回采提供了保障。

4) 提高了單人工作效率。通過對裝藥工藝的創新，簡化了裝藥工序，裝藥時間由原來的6～8 h縮短為2～3 h，縮短了裝藥時間，提高了單人作業效率。

3 結 語

在生產實踐中，孔深50 m不能滿足生產需要，有時需要設計80～120 m深的爆破孔對工作面中間部位進行超長深孔頂板預裂爆破作業。但是，超長孔深爆破施工過程中又產生一些問題：1) 探孔和裝藥時間太長，因為需要頻繁拆卸炮棍，操作過程中費時費力。2) 封孔長度變長，封孔時間長,效率低，有可能達不到設計封孔要求。基于此，采用了被筒式炸藥的空筒灌裝上炮泥進行封孔和不拆卸炮棍將炮棍90°彎曲全長使用的方法，減少了裝藥量和封孔時間，提高了工作效率，與傳統的裝藥封泥方式相比，每孔可減少2 h左右的操作時間，勞動效率大大提高。