新景煤礦15226 綜放工作面陷落柱超深孔擴裂爆破研究

韓進東

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

陷落柱作為一種廣泛存在的地質構造，對工作面的正常回采帶來較大的影響。在綜采工作面遇到非導水陷落柱開采時，由于陷落柱巖體強度較高，開采時常導致截齒磨損嚴重，降低開采效率，而且存在一定的安全隱患。目前，眾多學者對工作面過陷落柱技術進行了大量的研究，主要采用布設刀把工作面、快速搬家、帷幕注漿和超前支護等方式。超深孔擴裂爆破技術可以弱化陷落柱內厚硬巖體，從而提高工作面過陷落柱的效率，降低開采安全隱患，該技術在對鉆孔參數、爆破裝藥量等進行針對性設計，完成一次爆破效率高，可以使工作面安全高效的過陷落柱區域。此次以新景煤礦15226 工作面陷落柱超深孔擴裂爆破工程為研究對象，對深孔擴裂過程中的主要技術參數進行分析，優化爆破參數，并提出了鉆孔偏斜技術措施、深孔鉆孔安全措施、爆破實施與安全管理措施等。

1 概 況

新景煤礦15226 綜放工作面位于蘆北15 號煤采區西部，工作面標高433—492 m，地面標高869—1 028 m，埋藏深度為415～583 m。工作面走向長1 930.5 m，傾斜長212.5 m，面積366 935 m2。東為15025 工作面（已采），南為蘆南風井及采區大巷，西為15308 工作面（未掘），北為蘆北風井及采區大巷。該工作面15 號煤層總厚5.7～7.1 m，平均厚度6.51 m，煤層傾角2°～11°，平均傾角5°。煤體容重1.435 t/m3，工作面采高控制在2.8 m，循環進度0.8 m。

根據礦方探測與提供的相關地質資料，X5 陷落柱長軸112 m，短軸71 m，陷落柱短軸方向被15226 進風巷揭露，其長為45.04 m；其余的X3 陷落柱長軸40 m、短軸33 m，X4 長軸70 m、短軸45 m，X6 長軸68 m、短軸42 m，且均未被揭露。各陷落柱在工作面相對位置關系如圖1 所示。

圖1 各陷落柱在工作面內相對位置關系Fig.1 Relative position relationship of each collapse column in the working face

2 陷落柱超深孔擴裂爆破設計

2.1 炮孔布孔方式及參數

根據礦方探測與提供的相關地質資料，雖然X5 陷落柱已在綜放工作面順槽內揭露，具備利用大鉆機鉆鑿50 m 的超深孔爆破的條件，但是根據礦方的生產和鑿巖機具的安排，從綜放工作面的空間和時間來看，順槽鉆鑿50 m 炮孔的方案很難實現。因此，對陷落柱采用超深孔擴裂爆破的設計，此次主要是采用從工作面鉆鑿30 m 以內炮孔的擴裂爆破方案。

根據陷落柱在綜放工作面內的位置關系，在陷落柱內沿工作面布置炮孔時，需要注意X5 陷落柱在工作面順槽揭露情況，靠近順槽最外的炮孔需要留足夠的巖柱，以抵抗該炮孔爆破時對順槽的破壞，根據實踐經驗和裝藥直徑的大小，其預留巖柱大于6 m 即可。

（1） X3 陷落柱長軸40 m，短軸33 m，在順槽處未揭露，沿工作面推進方向最大為40 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，不進行分區處理，炮孔長度按資料實際計算，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，其炮孔布置如圖2 所示。

圖2 X3 陷落柱炮孔布置Fig.2 Blasting hole layout of X3 collapse column

（2） X4 陷落柱長軸70 m，短軸45 m，在順槽處未揭露，因沿工作面的推進長度達到了70 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分2 次（2 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，2 區的炮孔大于30 m 時按實際孔深計算，其炮孔布置如圖3 所示。

圖3 X4 陷落柱炮孔布置Fig.3 Blasting hole layout of X4 collapse column

（3） X5 陷落柱長軸112 m，短軸71 m，陷落柱短軸方向被15226 進風巷揭露，其長為45.04 m。因沿工作面的推進長度達到了71 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分3 次（3 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破。

（4） X6 陷落柱長軸68 m，短軸42 m，在順槽處未揭露，因沿工作面的推進長度達到了68 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分2 次（2 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，2 區的炮孔大于30 m 時按實際孔深計算，炮孔布置如圖4 所示。

圖4 X6 陷落柱炮孔布置Fig.4 Blasting hole layout of X6 collapse column

根據單位工作面長度的裝藥量的要求，擬采用φ63 mm×1 000 mm 的裝藥殼體，此次爆破擬選用三級煤礦許用乳化炸藥，每米能裝三級煤礦許用乳化炸藥藥量為3.2 kg 左右，根據理論研究成果計算其爆破擴裂半徑為1.08 m 左右，且考慮鉆孔設備最低鉆孔高度的約束和采高2.8 m 等因素，此次設計在進風巷道內布置2 排“之字形”炮孔，擬取離巷道底板高度1.1 m 的位置布置第一排鉆孔，第二排離第一排炮孔0.5 m 的位置進行布孔，同排孔間距為3.0 m。兩排炮孔布置方案如圖5 所示。

圖5 炮孔的位置關系及參數Fig.5 Position relationship and parameters of blasting hole

2.2 裝藥量及爆破分組

超深孔爆破因單孔裝藥量較大，爆破時產生的爆破震動也很強，為工作面各結構的安全，方案設計采用毫秒微差爆破技術，控制單段爆破總裝藥量。根據試驗確定炮孔長度，在工作面內鉆鑿的炮孔長度超過30 m 的在計算工程量時，按實際炮孔深度計算，沒有30 m 的以見煤收鉆。我國煤礦現有煤礦許用毫秒數碼電子雷管有5 個段別，以逐孔微差并且單段最大起爆藥量不大于120 kg 來進行設計計算，每組起爆的炸藥總量不宜大于600 kg為宜。根據這一原則以及沿15226 綜放工作面各個陷落柱布孔情況，此次過陷落柱的工作面爆破參數見表1。

表1 陷落柱爆破參數及裝藥量Table 1 Blasting parameters and charge quantity of collapse column

2.3 超深孔爆破實施

由于沒有現成的藥包，試驗時必須現場進行加工。加工時，所有的操作人員須事先經過專業培訓，且在爆破員的監督下進行。藥包加工具體操作步驟如下：先將被筒清理干凈，再將其下部通氣孔打開，且把被筒母蓋裝在被筒下部公蓋上；一人將炸藥封皮縱向劃開，去皮裝入被筒，另一人輕輕震動被筒，確保裝入的炸藥密實無留空隙；確保被筒裝滿后將其底部母蓋取下，用其封好被筒。封蓋時不可使用鐵器敲打，裝好后放在固定位置，清點好藥卷數目，確保與所需數目相同。此次擴裂爆破殼體結構為PVC 材質，其外徑為63 mm、內徑60 mm，有效裝藥長度為1 000 mm，并且各殼體之間可以通過螺紋連接，如圖6 所示。

圖6 裝藥殼體及其連接Fig.6 Charge shell and its connection

3 安全措施

（1） 防突水。由于陷落柱具有一定的導水性，且超深孔爆破單個孔道裝藥接近80 kg，爆破影響范圍更廣，因此，在進行超深孔爆破擴裂前，要防止突水情況的發生。

（2） 爆破的安全措施。采用煤礦許用毫秒數碼電子雷管，雷管總延期時間不得超過130 ms；起爆地點必須在新鮮風流中，距工作面的距離不得小于300 m；根據掘進工作面到回風口的距離。爆破后要等20 min 以上才可進入工作面。爆破前應做好設備的掩護和保護工作。

（3） 拒爆的預防及處理。為了避免單發雷管故障導致炸藥拒爆，采用雙回路結構，即將兩發雷管并聯起來。即使一發雷管出現故障，另一發雷管仍然能夠正常引爆炸藥。如果發生起爆網路拒爆情況，放炮員必須先取下鑰匙并摘掉爆破母線，將其扭結成短路狀態，然后沿線路仔細檢查，找出拒爆原因。

4 施工效果分析

新景煤礦15226 工作面已經回采通過X5 和X6 陷落柱，累計推進了98.5 m，歷時22 d，截齒消耗了316 把，平均消耗3.21 把/m，工作面推進速度4.47 m/d。

在15226 工作面附近的15025 工作面，揭露陷落柱未做深孔爆破處理，截齒消耗速度為14.65 把/m，工作面平均推進速度為3.85 m/d。

與未做深孔爆破處理時相比，截齒的消耗速度下降了74.21%，工作面的推進速度提升了16.1%。

5 結 語

通過對新景煤礦15226 工作面地質資料和陷落柱物探資料的分析，得出了使用超深孔擴裂爆破技術通過X3、X4、X5 和X6 四個陷落柱的技術方案，提出了炮孔布置方式及參數。方案在新景煤礦15226 工作面是時候，已經安全順利通過X5 和X6陷落柱，與未做深孔爆破處理時相比，截齒的消耗速度下降了74.21%，工作面的推進速度提升了16.1%，超深孔擴裂爆破技術成效顯著，有一定的推廣價值。