回采面順槽深孔預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)的應(yīng)用研究

高 杰

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)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(shí)際的開采古城中，某些掘進(jìn)工作面不僅會(huì)受到頂板礦山壓力，而且還會(huì)受到采動(dòng)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(yù)裂爆破進(jìn)行切頂卸壓，以此將采動(dòng)壓力可能對(duì)掘進(jìn)工作面造成的影響降至最低水平。以下結(jié)合某工作面實(shí)際情況，對(duì)其回采面順槽深孔預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)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(jīng)前期勘察可知，直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，呈灰黑色，在裂隙當(dāng)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(nèi)（普氏硬度），平均厚度在2.66 m 左右。老頂以中細(xì)粒砂巖為主，呈灰白色，碎屑主要為石英，其脈狀層理較發(fā)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(nèi)（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(duì)與之相鄰的工作面有一定動(dòng)壓影響，導(dǎo)致與之相鄰的工作面不得不對(duì)材料巷進(jìn)行二次維護(hù)，使回采過程中承受著較大的壓力。針對(duì)這種實(shí)際情況，在工作面回采開始前需對(duì)其皮帶巷通過深孔爆破來實(shí)現(xiàn)切頂卸壓。為避免殘爆，各爆破孔均利用兩發(fā)雷管實(shí)施爆破，對(duì)爆破孔中的雷管做串聯(lián)處理，并在孔外進(jìn)行串聯(lián)連線起爆。通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能大幅降低回采對(duì)相鄰工作面造成的影響。

2 深孔預(yù)裂爆破技術(shù)

該工作面皮帶巷的炮眼將機(jī)頭端頭支架的第二根立柱作為起點(diǎn)不斷向推進(jìn)的方向布置，在與保護(hù)煤柱相距400 mm 的位置施工一排炮眼，相鄰兩個(gè)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(xù)向前推進(jìn)到炮眼和超前支架首個(gè)立柱保持平行的狀態(tài)后，方可進(jìn)行裝藥爆破，在各炮眼當(dāng)中裝填預(yù)裝有火藥的塑料管。起爆的炮眼個(gè)數(shù)為2～4 個(gè)，起爆前進(jìn)行連線，然后不斷向外起爆，以保證工作面的循環(huán)進(jìn)尺量達(dá)到要求。現(xiàn)場(chǎng)施工需嚴(yán)格按照以下工藝流程進(jìn)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(jí)乳化炸藥為首選，其每卷直徑為Φ35 mm×200 mm，起爆雷管為瞬發(fā)電雷管[2]。一個(gè)炮眼的裝藥數(shù)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(jìn)行串聯(lián)連線[3]。需注意的是，炮眼的施工應(yīng)超前進(jìn)行，同時(shí)一個(gè)炮眼只能進(jìn)行一次裝藥與起爆。

3 深孔預(yù)裂爆破工藝

3.1 打眼

打眼施工采用以下工藝方法進(jìn)行。

1）在深孔預(yù)裂爆破過程中，鉆孔需借助錨桿機(jī)進(jìn)行，鉆頭尺寸為一般為Φ42 mm。

2）為了使爆破達(dá)到預(yù)期的效果，在打眼之前應(yīng)做好拉線，同時(shí)其距離應(yīng)達(dá)到30 m 以上，使炮眼孔口處于同一條線，并使孔眼形成一個(gè)平面[4]。

3）完成打眼后，其深度、角度與直徑都必須達(dá)到要求。

4）在打眼過程中，若遇到炮眼和頂部支護(hù)發(fā)生重疊的情況，應(yīng)和原巷道支護(hù)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(yīng)在其周圍使用紅色的油漆予以標(biāo)注，并在裝藥過程中使用黃土對(duì)其進(jìn)行封堵，確保封堵的長(zhǎng)度達(dá)到1.5 m 以上。

3.2 裝藥

裝藥采用以下工藝方法進(jìn)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(zhǎng)度為4 m），然后在塑料管的另外一端連續(xù)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(xù)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(zhǎng)度并進(jìn)行連接，用防水膠布將其包裹嚴(yán)密。對(duì)于孔外的小腳線，需在孔口處將其切斷成相同的長(zhǎng)度，然后分別與大腳線相連，將大腳線連接到長(zhǎng)度為19 m后，通過扭結(jié)形成短路。在裝藥的過程當(dāng)中，炸藥之間應(yīng)保持緊密，以免殘爆。將炸藥裝好，并檢查確認(rèn)無誤后裝入水泡泥，再用黃土將整根塑料管填滿。在裝藥時(shí)使用的雷管，應(yīng)為同一段號(hào)[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(dāng)中，然后利用直徑較小但長(zhǎng)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(shí)，避免塑料管中裝入的炸藥發(fā)生下滑，完成后將直徑較小但長(zhǎng)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(zhǎng)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(shù)量應(yīng)達(dá)到10 個(gè)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(shí)長(zhǎng)度為1 m 的黃土。整個(gè)塑料管長(zhǎng)度4 m，裝藥段長(zhǎng)度為2.8m，封泥段長(zhǎng)度為0.9 m，采用塑料袋進(jìn)行封泥的長(zhǎng)度為6.0 m，封泥總長(zhǎng)為6.9 m[7]。

4 爆破施工效果

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

1）在0～11.46 m 的深度范圍之內(nèi)，檢查孔孔壁的裂隙與節(jié)理均相對(duì)不發(fā)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(nèi)，檢查孔孔壁的裂隙與節(jié)理均較發(fā)育，存在顯著裂隙，但孔壁相對(duì)完整。

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

4）在16.8～18.09 m 的深度范圍之內(nèi)，檢查孔孔壁的裂隙與節(jié)理均較發(fā)育，整個(gè)巖層松散，孔壁完整性差。

在完成此次深孔預(yù)裂爆破施工后，經(jīng)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(nèi)，深孔預(yù)裂爆破效果比較顯著，孔壁的裂隙與節(jié)理均發(fā)育，孔壁完整性良好，導(dǎo)通部位的裂隙寬度相對(duì)較小。

2）在16.80～18.09 m 的深度范圍內(nèi)，深孔預(yù)裂爆破的效果最好，孔壁中的裂隙和節(jié)理均充分發(fā)育，整個(gè)巖層由于受到爆破的沖擊作用變?yōu)樗缮⒔Y(jié)構(gòu)。

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

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

由于工作面順槽開采時(shí)受到與之相鄰的回采面造成的采動(dòng)影響，使順槽掘進(jìn)時(shí)與后期回采時(shí)受壓相對(duì)較大，導(dǎo)致維護(hù)工作量增加，影響施工效果與安全；對(duì)此可以在順槽回采過程中預(yù)先通過深孔預(yù)裂爆破實(shí)現(xiàn)切頂卸壓，用于減小順槽掘進(jìn)可能造成的影響。通過實(shí)踐可知，這行技術(shù)的應(yīng)用能徹底切斷回采面和采空區(qū)之間的壓力傳播途徑，從根本上減輕順槽掘進(jìn)和回采過程中的礦壓影響。

5 結(jié)語

采用深孔預(yù)裂爆破的方法進(jìn)行切頂卸壓可以大幅減小采掘過程中對(duì)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(shí)際應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的過程中，無論是炮眼的深度、角度，還是裝藥數(shù)量及封泥的長(zhǎng)度，都需要進(jìn)行深入的優(yōu)化。在炮眼施工過程中，因錨桿鉆機(jī)所用鉆桿的直徑較小，所以在鉆進(jìn)時(shí)可能發(fā)生漂鉆，而且施工較為困難，現(xiàn)場(chǎng)施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，環(huán)境惡劣；對(duì)此，需在技術(shù)層面上對(duì)切頂卸壓工藝各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；同時(shí)在裝備上應(yīng)積極探索與現(xiàn)場(chǎng)施工更適宜的機(jī)具設(shè)備，用于提高鉆進(jìn)的精度，并減小現(xiàn)場(chǎng)施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而保證最終的爆破效果，為后續(xù)的進(jìn)一步開采奠定良好基礎(chǔ)。