煤柱爆破技術在煤峪口礦中的應用研究

賈 明 坤

（大同煤礦集團有限公司煤峪口礦地測科，山西 大同 037041）

410 盤區81004 綜采面位于盤區北部，煤層厚度0~4.77m，平均厚度2 m，含有1~2 層的夾石，屬于穩定可采煤層，上覆3 號煤層已采空。開采過程中遺留大量的煤柱[1]，使沖擊地壓的危險增大，導致在下覆開采時，巷道承受壓力過大，礦壓動力明顯，嚴重影響開采的安全進行；因此，提出采用深孔爆破弱化的方法，對煤柱頂板斷裂典型結構進行分析，并施以爆破技術，結果表明，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 頂板斷裂結構分析

1.1 煤柱上方斷裂

在煤柱上方斷裂中，斷裂性在煤柱上方，影響煤柱和巷道穩定性的主要是A 巖石，在此類結構中，由于煤柱和巷道的支撐結構容易斷裂，在經過A 巖石進入到煤柱區域后，其應力超過煤柱和巷道支撐結構的最大限制時，就容易發生沖擊地壓的危險，其斷裂結構如圖 1 所示[2]。

1.2 實體煤側斷裂

圖2 所示，在實體煤側斷裂中，A 巖石斷裂后，實體煤側上方的頂板與采空區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的應力降低，但是如果出現回轉下沉，就會使巷道的圍巖出現很大的變形。

圖1 煤柱上方斷裂結構圖

圖2 實體煤側斷裂結構圖

1.3 采空區側斷裂

在采空區側斷裂中，A 巖石對煤柱和巷道的穩定性不再那么明顯，覆巖可近似的看成是一端固定的懸臂梁，B 巖石主要在實體煤側的一面作用，這樣使得煤柱區的應力降低，此時要對B 巖石到實體煤側的距離L 進行很好地控制，以免出現再次斷裂，由采空區側斷裂變成煤柱上方斷裂，導致沖擊地壓的危險再次增加，其斷裂結構如圖3 所示。

圖3 采空區側斷裂結構圖

2 爆破設計方案

2.1 爆破鉆孔設計

根據81004 工作面大巷的布置及設備情況，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，2 個鉆孔之間相隔1 個空孔，這樣可以增大爆破面，使爆破效果更明顯。但由于鉆孔的機器很難進行垂直鉆孔，因此將鉆進行傾斜，傾斜角度為15°，傾斜孔深為41.5 m，鉆孔直徑為75 mm。

2.2 爆破參數設計

1）煤柱炮孔角度。炮孔最小角度為19.30°，最大角度為40.60°，根據相關的工程經驗，要使頂板的巖層在回采后能及時垮落，煤柱的炮孔角度在頂板偏轉采空區25°方向，因此，此次的爆破炮孔角度確定為與采空區成25°方向。

2）底板爆破炮孔深度。根據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]，根據柱狀空腔的膨脹理論，對炸藥爆破后的巖體分為彈性和塑性區域，根據巖體和爆源的距離，對爆破后的巖體分為爆破空腔區、破碎區、裂縫區、彈性震動區。爆破空腔區離爆源是最近的，因而半徑是最小的，是炮孔擴展后形成的，炮孔間距是由破碎區半徑和裂縫區半徑決定的。此次爆破選用直徑75 mm 金剛石鉆頭，配套的是二級乳化炸藥，其直徑為35 mm、長度300 mm、質量300 g，且炸藥的密度是1 107.73 kg/m3，爆破速度是3 600 m/s，根據對頂板巖層物理力學參數的測定，得到破碎區的半徑是440.19 mm，裂縫區的半徑是2 250.93 mm，根據410 盤區81004工作面的條件，頂板為細砂巖，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，裝藥量是根據裝藥長度來決定的，采用2 卷并排式將炸藥進行捆綁，裝藥線密度是2.0 kg/m，根據要爆破巖層的厚度、強度等參數，確定單孔裝藥長度為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，對母線進行保護，通過孔將母線穿出，在雷管上進行標號。

5）封孔。將炸藥裝好后，根據炮孔的長度對其進行封孔，準備好炮泥，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度要小于3 節，最后用黃土封泥來密封，要注意保護母線，不要出現纏繞，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]，對其進行裝藥，然后爆破，選擇的炮聯線是將炮孔總體串聯起來，炮孔內的雷管并聯起來，每次爆破的炮孔不超過3 個，爆破先從工作面開始，逐漸向外，且當班的裝藥炮孔要在當班進行爆破。

3 爆破效果分析

圖4 爆破前后裂縫對比圖

通過對頂板煤柱的爆破，使煤柱區應力得到轉移，從而降低了應力，減小了巷道的變形量，降低了對地壓的沖擊，確保下層開采的安全可靠。通過上述確定的爆破參數，對81004 工作面上層煤柱進行爆破前后對比，得出結果如圖4 所示，從圖中可以看出，在爆破前裂縫較小，見圖C1處，進行爆破后，在氣體和應力波的影響下，出現新的裂縫，見圖C2處，可見裂縫的尺寸明顯增大。

4 結 論

為了減小下層開采受沖擊地壓的影響，防止出現煤柱底板斷裂現象，提出煤柱深孔爆破弱化方法，通過分析煤柱頂板斷裂結構，并對爆破參數和方式進行確定，結果表明：

1）煤柱頂板斷裂主要有3 種典型結構，包括煤柱上方斷裂、實體煤側斷裂、采空區側斷裂，一旦出現斷裂，就會增加沖擊地壓的危險。

2）根據81004 工作面的具體情況，對爆破鉆孔進行設計，并確定相關的爆破參數，炮孔角度為25°，炮孔深度為37 m，炮孔間距為500 m，單孔裝藥長度為15 m，裝藥量為30 kg。

3）對頂板進行深孔爆破后，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，降低了對沖擊地壓的危險，確保了下層開采的安全進行。