石門揭煤深孔松動爆破增透技術(shù)應(yīng)用

劉　柱

摘要：本文主要闡述深孔松動爆破的試驗，并在潘三礦東翼-650～-750新增進(jìn)風(fēng)下山和東四B組軌道下山揭煤期間的應(yīng)用所取得的良好效果。

關(guān)鍵詞：松動爆破快速揭煤增透應(yīng)用

0 引言

淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦目前所開采各煤層均屬低透氣性煤層，抽采半徑小，抽采效果差，為提高煤層透氣性，提高瓦斯抽采消突效果，最終實現(xiàn)安全快速揭煤，分別在東翼-650～-750新增進(jìn)風(fēng)下山揭13-1煤層、東四B組皮帶機下山揭7-1煤層、東四B組軌道下山揭5-2煤層進(jìn)行了松動爆破，考察了深孔松動爆破有效半徑，且進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗，取得了較好的成果。

1 增透原理

深孔松動爆破就是使炸藥在煤體爆破孔內(nèi)爆破過程中產(chǎn)生應(yīng)力波和爆生氣體，在爆破近區(qū)產(chǎn)生壓縮粉碎區(qū)，形成爆炸空腔，煤體固體骨架發(fā)生變形破壞，在爆炸空腔壁上產(chǎn)生長度約為炮孔半徑數(shù)倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)；此外，空腔壁上部分原生裂隙將會擴展、張開。在爆破中區(qū)，應(yīng)力波過后，爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場，并楔入空腔壁上已張開的裂隙中，與煤層中的高壓瓦斯氣體共同作用于裂隙面，在裂隙尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂隙進(jìn)一步擴展，進(jìn)而在爆破孔周圍形成徑向“之”字形交叉的裂隙網(wǎng)。在爆破遠(yuǎn)區(qū)，由于爆破孔附近存在輔助自由面－控制孔的作用，形成反射拉伸波，當(dāng)拉伸波大于介質(zhì)的抗拉強度時，使介質(zhì)從自由面向里剝落。同時，反射拉伸波和徑向裂隙尖端處的應(yīng)力場相互疊加，促使徑向裂隙和環(huán)向裂隙進(jìn)一步擴展，大大增大裂隙區(qū)的范圍。同時，原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸應(yīng)力場的擾動將作用于已產(chǎn)生的裂隙內(nèi)，使裂隙進(jìn)一步擴展。最后，在爆破孔周圍形成包括壓縮粉碎圈、徑向裂隙和環(huán)向裂隙交錯的裂隙圈及次生裂隙圈在內(nèi)的較大的連通裂隙網(wǎng)，從而有利于消除煤體結(jié)構(gòu)的不均勻、減小地應(yīng)力，降低能量梯度，提高煤體的透氣性，增大煤體抽采鉆孔的抽采效果，從而達(dá)到增透消突的效果。

2 有效松動半徑考察

以東四B組煤皮帶機下山揭7-1煤為例， 2008年3月18日～3月25日在潘三礦東四8煤皮帶機上山對7-1煤進(jìn)行深孔松動爆破有效松動半徑的考察。設(shè)計兩組方案：第一組考察半徑為3m和3.5m；第二組考察半徑為3.5m和4m。

對各考察孔分析，確定深孔松動爆破的松動半徑為3～3.5m。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

在東翼-650～-750新增進(jìn)風(fēng)下山揭13-1煤和東四B組軌道下山揭5-2煤層時進(jìn)行深孔現(xiàn)場松動爆破應(yīng)用，重點以東四B組軌道下山揭5-2煤層爆破應(yīng)用情況為例：

3.1 東翼-650～-750新增進(jìn)風(fēng)下山揭13-1煤

3.1.1 煤層情況。13-1煤厚4.5m，水平層理，以塊狀暗煤為主，夾亮、鏡煤條帶，屬半暗～半亮型煤。13-1煤頂板為灰色～淺灰色泥質(zhì)粉砂巖，薄層狀，水平層理，層面含大量植化碎片，厚6.2m；底板為深灰色泥質(zhì)粉砂巖，塊狀構(gòu)造，較堅硬，厚3.1m。

實測13-1煤層瓦斯壓力3.8MPa，瓦斯放散初速度△p為4，煤的堅固性系數(shù)f為0.61，綜合指標(biāo)D為16，K為6.6，預(yù)測具有突出危險性。

3.1.2 在東翼-650～-750新增進(jìn)風(fēng)下山對13-1煤層共施工了5個爆破鉆孔進(jìn)行松動爆破，并且進(jìn)行了水力沖孔試驗，由于松動爆破對煤體的松動效果，單孔沖出煤量達(dá)3t以上。

3.1.3 結(jié)果 ①揭煤前瓦斯抽采量為57585m³，抽采率達(dá)72%，測得殘余瓦斯壓力為0，整個揭煤過程中巷道回風(fēng)瓦斯?jié)舛仁冀K在0.2%以下。②在揭煤過程中對巷道頂板采取了金屬骨架及注馬麗散加固措施，有效防止了巷道揭煤過程中由于頂板破碎造成片幫掉頂?shù)仁鹿?。③本次揭煤前探孔施工時間為5天，測壓時間為7天，消突鉆孔施工和抽采時間共44天，采取遠(yuǎn)距離放炮揭煤時間為20天，去除其他因素影響的等待時間，總共揭煤時間為5+7+44+20=76天，揭煤過程中未出現(xiàn)任何動力現(xiàn)象，且瓦斯涌出正常，實現(xiàn)76天安全揭煤。

3.2 東四B組軌道下山揭5-2煤

3.2.1 煤層情況 5-2煤厚約2.6m，與下伏5-1煤層層間距約1.5m；煤層頂板為泥巖，厚6.0m，淺灰～灰色，含植化碎片，頂?shù)撞枯^破碎，中部含砂質(zhì)，局部夾有粉細(xì)砂巖薄層；底板為泥巖，厚2.0m，含植物根部化石，局部含砂質(zhì)。實測5-2煤層瓦斯壓力2.9MPa，瓦斯含量9.5m³/t，瓦斯放散初速度△p為12，煤的堅固性系數(shù)f為0.5，綜合指標(biāo)D為6.98，K為14.86，預(yù)測具有突出危險性。

3.2.2 消突鉆孔參數(shù) 在巷道迎頭距5-2煤層頂板法距5米時共設(shè)計144個鉆孔，其中設(shè)計16個鉆孔作為深孔松動爆破鉆孔。鉆孔布置平面圖中紅色為深孔松動爆破孔，先施工完畢爆破孔兩邊的所有抽采鉆孔，并進(jìn)行合茬抽采，然后施工19、20、99、100號鉆孔裝藥爆破并進(jìn)行效果考察。

3.2.3 裝藥參數(shù)（見下表）

備注：其中裝藥量為3kg/m，4個爆破孔共裝藥90kg。

3.2.4 效果考察 從爆破前后瓦斯抽采量對比表格中可以看出，爆破后24小時內(nèi)瓦斯抽采純量增加了5陪，以后每天的抽采瓦斯?jié)舛群统椴赏咚沽烤鶠楸魄暗?～3陪，大大提高了鉆孔瓦斯抽采半徑、瓦斯抽采量，縮短了瓦斯抽采時間。

鉆孔設(shè)計控制面積為35×48=1680m2， 按常規(guī)鉆孔終孔間距不大于3m布置鉆孔，共需要192個抽采鉆孔。現(xiàn)鉆孔設(shè)計：巷道輪廓線投影范圍內(nèi)，按終孔間距按3m布置抽采鉆孔；巷道兩幫5m處布置爆破孔，爆破孔終孔間距按6m布置，在爆破孔周圍布置抽采鉆孔，終孔間距按6～7m布置；巷道輪廓線外8m以外（爆破孔影響較小范圍）鉆孔布置孔底間距按3.5m布置抽采鉆孔，共144個鉆孔，對比常規(guī)鉆孔布置方式減少了48個鉆孔。

4 結(jié)論

4.1 采用深孔松動爆破技術(shù)方案，減少了48個抽采鉆孔，按3臺鉆機同時施工，每天每臺鉆孔施工3個鉆孔，減少48個鉆孔縮短了6天鉆孔施工時間。

4.2 抽采瓦斯純量前8小時提高了5陪，以后每天平均提高了2.5陪。按抽采瓦斯45%計算，共需抽采瓦斯量35×48×2.6×1.35×9.5×0.45=25208m³，如不采取松動爆破每天抽采瓦斯410m³，共需抽采瓦斯25208÷410=61天；松動爆破后每天抽采瓦斯量860m³，共需抽采瓦斯25208÷860=29天，縮短了抽采瓦斯時間32天。

4.3 采取松動爆破后共縮短消突時間32+6=38天，爆破后增加了煤層透氣性，巷道掘進(jìn)過程中鉆場鉆孔保持連續(xù)抽采，更為揭煤提供了安全保障。