屯蘭礦12509 工作面皮帶順槽切頂卸壓爆破技術研究

趙海潮

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦，山西 太原 030200）

1 礦井概況

礦井采用“兩斜一立”綜合開拓方式，8 個生產盤區，各盤區又分上下組煤開采，上組煤主采2#、3#煤層，下組煤主采8#煤層。礦井目前開采+750 m 水平，動用盤區有北一上下組、南四上下組、南五上組、北三上組、南二上下組、南三上組等六個盤區，其中：南二上下組煤、南三上組煤、南四上組煤、北一上組煤資源已回收完畢；現生產盤區為南四下組、南五上組和北三上組三個盤區。

2 工作面情況

屯蘭煤礦南五盤區左翼12509 工作面合采2#、3#煤層，煤層厚度4.39 m，煤層結構為2.96 m，采用綜采一次采全高采煤方法，如圖1 所示。12509 工作面瓦斯治理巷和12509 工作面皮帶順槽均沿2#煤層頂板布置，如表1 所示，巷寬均為4.5 m，巷高均為3.5 m。12509 工作面瓦斯治理巷在12509 工作面皮帶順槽外側，兩巷之間純煤柱22.5 m。在12509 工作面開采完畢后，12509 工作面瓦斯治理巷將作為西鄰的12511 工作面的軌道順槽。12509 工作面蓋山厚度523 m～549 m，該工作面中部為東大嶺向斜軸部，屬應力集中區。

圖1 巷道及煤柱剖面圖

表1 煤層頂底板情況表

在屯蘭礦12509 工作面皮帶順槽進行切頂卸壓工作，對相鄰煤柱的12509 瓦斯治理巷（12511 軌道順槽）進行保護，以此減小瓦斯治理采動影響，減少后期整巷工作量，供其作為12511 工作面回采時正常使用目的[1-2]。

12509 工作面瓦斯治理巷（12511 軌道順槽）受12509 工作面回采動壓影響，預計巷道變形控制難度大。為了改善巷道所處的應力環境，使巷道處于卸載區。根據12509 工作面實際條件，通過在12509 皮帶順槽進行爆破切頂卸壓，以保護12509 瓦斯治理巷（12511 軌道順槽）的目的。

3 工作面側向切頂卸壓

炮孔仰角70°，裝藥長度10 m，封泥長度9 m，炸藥起爆點在實體煤上方，不會對巷道造成破壞。現場鉆孔實際布置過程中要充分考慮皮帶順槽消突鉆孔及瓦斯治理巷抽采鉆孔防止溝通報廢。因此，巷道前100 m 炮孔由于瓦斯抽采鉆孔的影響，炮孔仰角變更為57°，裝藥長度12 m，封泥長度9 m，炸藥起爆點在鉆孔下方，不會對鉆孔造成破壞。

3.1 爆破方案

3.1.1 炮孔布置

炮孔從距切眼50 m 開始，沿工作面皮帶巷頂板走向布置，間距3 m 一個。巷道前100 m 炮孔深斜長21 m，仰角為57°，裝藥長度12 m，封泥長度9 m；其余炮孔深斜長19 m，仰角偏向工作面側70°，則炮孔垂高為17.8 m。炮孔施工時考慮皮帶順槽內的設備影響，建議距離巷幫的頂板處2m 處左右開口（即在巷道頂板中部開孔）。考慮到頂板堅硬打鉆困難，鉆頭采用Φ75 mm 直徑，凹槽爆破筒采用Φ50 mm 直徑，打鉆及填裝炸藥工作更容易。

3.1.2 裝藥量及封泥長度

施工19 m 深炮孔，設計炮孔長度10 m 裝藥，裝藥量約1.5 kg/m，裝藥為10 m 即每個炮孔裝藥量為15 kg，裝藥完成后使用封泥進行封孔，長度為9 m。

3.1.3 施工時間

所有炮孔進行提前施工，施工后待炮孔進入工作面超前支護范圍，即可進行裝藥爆破施工，如果頂板維護的好，也可以提前將炮孔裝藥進行爆破施工。按照施工進度每班需要施工2 個炮孔，一個原班即可完成6 個炮孔的施工，按1 600 m 范圍計算需要完成520 個炮孔施工，預計施工時間約為87 個工作日。同時每天由檢修按照規程措施班完成裝藥爆破工序，每天可進行3 個～4 個炮孔的裝藥爆破（具體按工作面回采進度）。

3.2 裝藥

為防止啞炮、殘炮等拒爆現象，深孔爆破采用凹槽爆破筒填裝炸藥，凹槽爆破筒外徑為50 mm，使用專用炮棍裝藥，凹槽爆破筒凹槽保護雷管腳線等不受影響，確保雷管導線完備。

炸藥采用安全系數三級以上的礦用含水炸藥，炸藥藥卷尺規格長200 mm×32 mm。卸壓爆破炮孔較深，為了施工裝藥安全便捷，采用每節2 m 長的阻燃防靜電凹槽爆破筒，爆破炸藥裝入爆破筒后，再向炮孔內填送爆破筒，在每一節炸藥填入孔內時將導爆雷管安裝凹槽爆破筒內。確保安全。凹槽管斷面，如圖2所示。

圖2 凹槽爆破筒內裝藥結構圖

為防止殘炮現象發生，裝藥結構采用“分段連體式”裝藥結構如圖3 所示。由于孔內較深每段采用連續5-10 爆破藥筒為一體，分段工序易安裝，緊急情況下，其中一段不爆另一段爆破時也會引爆不爆區段，確保安全。

圖3 分段炸藥的安裝結構

在凹槽爆破筒使用時，在凹槽爆破筒兩端3 mm處各打一個直徑3 mm 的孔，用連接扣連接。用專業工具在筒中部打一個直徑10 mm 的孔，用于引爆雷管的安裝。

爆破筒裝填爆破炸藥后運至爆破施工地點，對爆破孔檢查后，然后向孔內填裝爆破筒，同時安裝雷管，雷管引線從爆破筒引出后連放炮母線，放炮母線置于爆破筒的凹槽處用膠帶進行固定。雷管全部串聯于每組爆破筒內。固定好導爆雷管及炮線用炮棍將每組爆破筒依次推入爆破孔內。

用專用炮棍先探孔后進行裝藥，炮棍頭為直徑68 mm，炮棍深入孔內探孔順利無誤，炸藥方可順利裝入孔內。炮棍深入孔內探孔遇到卡阻現象，說明孔內炮棍深入孔內探孔有打鉆殘渣等雜物，使用炮棍上的高壓水管進行高壓水沖洗炮孔，確定孔內無雜物再進行裝藥。

每3 個～5 個爆破筒安裝一個雷管，雷管采用8#瞬發電雷管防止深孔爆破過程中拒爆、殘爆的現象的發生，保證每個孔內必須兩組以上的炸藥。10 m～20 m為連為一體，推送入到爆破孔內，炮孔封泥根據現場裝藥深度而定，每個爆破筒2 m長裝入炸藥量約3.0 kg，每米裝藥量約1.5 kg。

3.3 封孔

使用自動封孔器運用深孔爆破專用黃土封泥袋進行封孔，不使用炮泥機避免孔壁粘連摩擦卡堵炮孔。封泥袋規格為每節600 mm 長，直徑為63 mm。干燥黃土封泥封孔效果更好。爆破裝藥完成后，根據剩余炮孔長度進行封孔，封孔時檢查爆破母線狀態，母線應懸掛至孔壁上側并固定好，避免母線磨損或絞纏。然后用炮棍將黃土封泥袋推入爆破孔內用力封實[3-4]。

4 預防殘爆及拒爆措施

在鉆孔時盡量將孔內煤渣排除，要求鉆桿鉆到規定深度時鉆機空轉5 min，打俯孔和深孔可適當加大其空轉時間，并且在裝藥前用炮棍涮孔，特別是俯孔，要將未排出的煤渣捅到孔底。一旦出現塌孔，炮棍涮孔不順利時，使用鉆機鉆桿涮孔，利用高壓水的沖力將鉆桿搗碎的煤渣排除孔外。在裝藥過程中萬一在裝藥時出現藥卷卡堵，不得硬裝，在技術人員指導下可將卡堵部分進行封孔爆破。為避免封泥時炮棍連續磨擦放炮線以及考慮起爆材料的質量問題，可采用雙雷管的起爆方式。另外，每個炮孔至少引出孔口外對放炮線，以防止萬一對放炮線失效情況發生。為避免相鄰爆破孔終孔處距離太近或終孔處炮孔交叉，要求在鉆孔過程中，炮孔終孔初水平偏差最大不超過±1°。做好每個爆破孔的鉆孔角度、偏差以及裝藥情況和爆破后的孔口狀態記錄，施工中可做適當調整和記錄可能發生殘爆的位置，以便后期清除。深孔送藥時盡可能一次到位，防止放炮線外皮磨破或拉斷，一旦發生拉斷損壞雷管的情況，在封泥前再塞入一段含雷管的炸藥作為新的“炮頭”。裝藥時，若發現炸藥失效等情況，絕對不能裝入炮眼。

5 結語

屯蘭礦12509 皮帶順槽，采取爆破技術切頂卸壓，削弱頂板的強度和整體性，使采空區頂板能夠分層分次垮落，對堅硬頂板的控制有著非常明顯的效果，縮短初次來壓和周期來壓步距，達到減小或消除堅硬難垮頂板對工作面回采危害的目的，大幅提升了礦井生產的安全性。