深孔爆破在大采高綜采工作面過矸區中的應用

史 超

(山西晉煤集團 趙莊煤業有限責任公司，山西 長治 046600)

隨著我國基礎建設的快速發展，深孔爆破技術因其對工程地質條件適應性強、操作工藝簡單以及施工成本低、速度快的特點，已廣泛應用于露天礦產剝離、地下采礦、水利及鐵路開挖等工程。在煤礦開采領域，利用深孔爆破進行堅硬頂煤預裂、采場懸頂處理、工作面斷層帶弱化及煤層抽采增透等能夠取得較好的效果。實踐調查表明，對礦山開采進行中深孔爆破技術應用能夠有效地增加礦山開采企業的社會效益與經濟效益，保障礦井生產安全。

趙莊煤礦井下地質條件復雜，受構造影響較大，尤其五盤區綜采工作面，斷層、陷落柱等中小型構造多，為了提高資源回收率，綜采工作面過構造期間需割矸回采，割矸過程造成采煤機滾筒截齒損壞率高，生產時間內常需更換截齒，而更換截齒需頻繁進入煤壁作業，既造成了安全隱患，又影響了實際生產，截齒大量損壞容易造成齒套及滾筒的損壞，使工作面停產，且傳統滾筒截齒割矸能力差，回采效率低，過矸區時間長，影響了礦井產量。

1 深孔爆破技術

關于深孔爆破理論，學界大多數接受和認可的是爆炸應力波和爆生高壓氣體聯合作用的理論。該理論將預裂爆破分為兩個過程，它們先后起效又是連續不可分割的。

1) 第一個過程：炸藥爆炸后產生的應力波向孔壁四周傳開，其傳播中對巖石產生的切向拉應力超過巖石的抗拉強度而使巖石破裂。最初裂縫出現在炮孔壁向外最短距離內，如果應力波在兩孔之間能夠發生疊加，合成的拉應力超過巖石抗拉強度也能使巖石產生裂縫。這些裂縫給貫通破裂面的形成創造了有利的導向條件。

2) 第二個過程：爆炸后瞬間生成的高壓氣體緊接著應力波作用到孔壁上，其作用時間比應力波長，炮孔周圍形成準靜態應力場，相鄰炮孔相互作用，在炮孔中連線方向產生很大拉應力，當拉應力足以拉斷巖石時，巖石進一步破碎，爆炸氣體對破裂面的形成起著主導作用。

現有爆破技術通常設計有爆破孔和預裂控制孔(非裝藥孔)。工程實踐表明，通過在爆破孔間設置控制孔能夠強化定向斷裂效果，減少炸藥使用量。該技術已在光面爆破、頂板弱化和煤層增透等工程應用方面取得了良好的效果。

綜采工作面過矸區的深孔爆破技術是在順槽巷道采面側利用鉆機施工深孔爆破孔和周邊預裂孔對矸區進行結構破碎，破壞矸層的整體性，減少矸層的硬度，解決綜采工作面采煤機割矸困難、推進速度慢的難題。

通過在趙莊煤業大采高工作面超前順槽矸區應用深孔爆破技術，確保了工作面安全、順利高效的回采推進，減少了采煤機截齒的損壞，節約了成本，具有較好的推廣價值。

2 工程概況

趙莊煤礦井田位于沁水煤田東南部，是晉煤集團特大型生產礦井之一，設計生產能力8.0 Mt/a，主采3號煤層。井田內3號煤層賦存穩定，但結構復雜，煤質松軟，厚度一般為3.5～6.2 m，平均5.5 m. 地質條件復雜，陷落柱、斷層普遍發育，煤層直接頂以砂巖、砂質泥巖為主，頂板復合巖層賦存多變。

趙莊礦五盤區5312大采高綜采工作面傾斜長295 m，走向長1 503 m，煤層厚度4～4.7 m，平均4.35 m，平均傾角5°. 直接頂為12.03 m細粒砂巖，直接底為3.12 m的泥巖。5312工作面采用走向長壁綜合機械化采煤方法，全部垮落法處理采空區頂板。5312工作面回采順槽機尾巷道因陷落柱割矸影響正常回采，需要對矸區進行深孔爆破預裂處理(見圖1).

圖1 5312面機尾陷落柱爆破區域平面布置圖

3 深孔爆破施工工藝

3.1 鉆孔施工工藝

根據陷落柱區域及現場勘查情況，制定深孔爆破的區域、鉆孔長度及爆破裝藥量，主要爆破區域是陷落柱全矸區。從順槽巷道采面側施工深孔爆破孔和周邊預裂孔對陷落柱內矸層進行預裂。爆破孔進行裝藥爆破，預裂孔做為輔助孔不進行爆破。

爆破孔布置(見圖2)：鉆孔使用鉆機打孔，單排孔布置，鉆孔參數：距離底板1.5～2.0 m，孔間距4 m，孔徑115 mm，方位角0°，角度4°，孔深20 m.

周邊預裂孔布置：預裂孔布置在爆破孔之間和其他未施工爆破孔的陷落柱區域，距離爆破孔1 m；周邊孔間距0.5 m，排距0.5 m，孔深至陷落柱邊緣見煤即可，無法見煤的盡量至陷落柱邊緣。預裂孔原則上按照設計施工，實際現場受巷高及鉆機影響角度無法滿足時，可適當調整角度施工，但施工的鉆孔不可穿透頂底板。

圖2 5312面機尾陷落柱爆破深孔設計方案圖

3.2 爆破施工工藝及注意事項

1) 裝藥前，必須先使用6根d75 m×4 m的PE管首尾相連，對爆破鉆孔進行通孔，確保孔內通暢后方可進行裝藥作業。

2) 裝藥前，檢查孔口處瓦斯濃度，小于1%的情況下方可裝藥。同時，在爆破孔口處下風側吊掛便攜式瓦檢儀，距離孔口不大于300 mm，直至爆破時取下。

3) 使用d75 m×4 m的PE管作為炸藥的載體，使用2根進行連接，PE管之間采用螺紋接口連接。

4) 單孔使用炸藥12 kg，15卷，炸藥單卷分次的放入PE管內，連接緊密后對PE管兩端使用炮土進行封閉，封閉長度為250 mm.

5) 裝藥時，由于巷道空間受限，先在爆破孔外將炸藥分別裝入2根PE管內，然后按順序將2根PE管送入爆破孔內，在爆破孔口位置處將兩根PE管進行螺紋連接，連接時確保炸藥藥卷緊密相連，保證炸藥的傳爆效果。

6) 在最后一卷炸藥上安裝2根煤礦許用導爆索，作為起爆藥卷，使用炮泥封孔時保護好煤礦許用導爆索的外皮。

7) 為了保證PE管能夠在爆破孔內防滑，不會因為自身重力等原因脫落滑出，需要在裝有炸藥的PE管尾端裝入500 mm的炮泥，在裝有炸藥的PE管到達爆破孔頂端后將炮泥搗實，起到防滑作用。

8) 投藥時，由于爆破孔口位置較高，需要搭設安全平臺。搭設平臺采用3 m鋼管搭設腳手架，要求連接緊固。平臺上方鋪滿木板，同時，用鐵絲固定。在平臺的周圍需要用菱形網進行安全保護。現場可根據實際情況，采取5 m樓梯配合腳手架進行施工，使用樓梯時，需在樓梯頂端用鐵絲捆綁牢固。

9) 將裝有炸藥的PE管投入爆破孔頂部過程中，需4～5人配合，緩慢操作，小心保護導爆索外皮，防止導爆索與孔壁摩擦產生破口或者斷裂。

10) 裝有炸藥的PE管進入頂部后，開始使用黃泥炮土進行封孔，封孔長度16 m，炮泥采用炮泥機進行制作。

11) 封孔時，使用炮棍將封孔炮泥緩慢推入爆破孔內，輕輕搗實。期間，保護好導爆索，防止導爆索損傷。

12) 在2根導爆索的尾端分別連接2根腳線3 m的電雷管，再將2根電雷管的正極、負極分別連接，形成并聯，加強引爆效果。再將雷管的正負極進行短路連接，同時將雷管腳線懸空，避免與其他導體相連。

13) 炮棍采用6根d50 m×4 m的PE管連接而成。需要在頂端加工一個短木棍，確保木棍能夠與PE管緊密相連，并需采取鐵絲穿過木棍、PE管頂端進行加固，同時利用30 m長度d12.5鋼絲繩與炮棍頂部木棍進行連接，防止木棍在搗實炮泥過程中粘連炮泥掉入爆破孔內。

4 應用效果

趙莊煤業5312大采高綜采工作面采用深孔爆破過陷落柱矸區，減少了成本的投入，實現了大采高工作面順利高效的回采。

提前在順槽巷道陷落柱區域內進行深孔爆破，對陷落柱內的矸區進行預裂。深孔爆破施工安排在工作面回采至陷落柱以前，主要利用檢修時間施工，不影響工作面正常生產，提高了工作面的回采效率，減少了施工人員勞動強度。

采用深孔爆破對矸區進行預裂，回采期間減少了矸區對采煤機的截割震動，降低了采煤機機電事故的發生及機電成本的投入。

通過深孔爆破對矸區進行預裂后，綜采工作面回采效率由3循環/天，提高至5循環/天，提升效率66.6%.深孔爆破處理后，不需再進行迎頭放震動炮，避免了人員進入煤幫打眼放震動炮，減少了停機次數，提高了過陷落柱效率。

5 結 論

趙莊煤業在大采高綜采工作面過矸區期間應用深孔爆破預裂回采工藝，消除了回采面爆破對采煤機的截割震動，降低了采煤機機電事故的發生，減少了機電成本的投入。深孔爆破對矸區進行預裂后，工作面回采效率由3循環/天提高至5循環/天，提升效率66.6%，取得了顯著的技術經濟效益。