爆破卸壓技術(shù)在沖擊地壓防治方面的應(yīng)用

任軍產(chǎn)

摘 要：文章通過對(duì)胡家河礦沖擊地壓的防治，介紹了頂板、幫部及底板爆破卸壓工藝，并對(duì)卸壓爆破效果進(jìn)行了分析。實(shí)踐證明，爆破卸壓技術(shù)可有效地減緩巷道煤巖體應(yīng)力集中，降低沖擊地壓造成的危害，為其他類似條件礦井提供借鑒。

關(guān)鍵詞：防治；沖擊地壓；爆破卸壓

引言

沖擊地壓是煤礦開采過程中，井巷和采場(chǎng)周圍煤、巖體在一定高應(yīng)力條件下釋放變形能而產(chǎn)生的煤巖體突然破壞、垮落或拋出現(xiàn)象，并伴有巨大聲響和巖體震動(dòng)，經(jīng)常造成支架折損、片幫冒頂、巷道堵塞、人員傷亡，對(duì)安全生產(chǎn)威脅巨大。為將沖擊地壓的危害降到最低限度，胡家河礦基于沖擊地壓綜合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，研究采用卸壓爆破技術(shù)控制沖擊地壓的機(jī)理，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。通過對(duì)多種卸壓爆破技術(shù)的理論與實(shí)踐分析，得出適合該礦卸壓解危措施。從而達(dá)到控制沖擊地壓的發(fā)生、實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的目的。

1 工作面概況

401102工作面是胡家河礦井在401盤區(qū)布置的第二個(gè)工作面，其井下具體位置為：北側(cè)為五條大巷煤柱，南部為401采區(qū)與小莊井田的邊界煤柱，西側(cè)為已回采完的401101綜采工作面，東側(cè)為401103設(shè)計(jì)工作面（尚未掘進(jìn)）。該工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1650m，可采長(zhǎng)度1495.5m，傾向長(zhǎng)180m。該工作面為4號(hào)煤層，賦存穩(wěn)定，厚度15～26.5m，平均厚度24m，上分層平均可采厚度13.5m。煤層埋深+613.8～+690.6m，底板標(biāo)高+340～+355m。煤層頂板為較易冒落的粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，厚度16～40m，巖石飽和抗壓強(qiáng)度為0.4～25.8MPa，底板則以灰～灰褐色鋁質(zhì)泥巖為主。

401102工作面于2014年4月份開始回采，到2015年2月8日，工作面推進(jìn)近1200米，回采期間發(fā)生多次沖擊地壓。

2 沖擊礦壓防治技術(shù)

2.1 頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)

頂板深孔預(yù)裂爆破，就是在沿回順巷道向采空區(qū)方向處的巷道上方頂板采用鉆機(jī)打一定深度的鉆孔，并在孔內(nèi)裝炸藥進(jìn)行爆破，將頂板破斷，降低頂板整體強(qiáng)度，釋放因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的能量，減少頂板由于采動(dòng)影響和時(shí)間效應(yīng)而產(chǎn)生的斷裂對(duì)煤層和支架的沖擊振動(dòng)。

在回風(fēng)巷頂板每5m布置兩個(gè)鉆孔，開口位置交錯(cuò)布置，西側(cè)頂板預(yù)裂鉆孔朝向401101采空區(qū)方向，中部頂板預(yù)裂鉆孔朝向401102采空區(qū)方向，均與水平方向成75°夾角，眼深45m，孔徑75mm，間距5m，雙排布置（圖1）。每孔裝藥40kg，裝藥長(zhǎng)度20m（每節(jié)藥卷用塑料被筒裝藥，直徑60mm、長(zhǎng)400mm、裝藥0.8kg），正向裝藥。利用兩根煤礦許用導(dǎo)爆索將藥卷連成兩串，藥卷上安裝防下滑倒刺，利用炮棍將炸藥分兩次裝入炮孔內(nèi)，然后在孔口導(dǎo)爆索上各連一個(gè)雷管，采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的方式進(jìn)行，一個(gè)炮孔內(nèi)雷管的聯(lián)接。最后除裝藥段全部用炮泥封嚴(yán)封實(shí)，每次起爆1-2個(gè)孔，頂板預(yù)裂爆破卸壓參數(shù)如表1所示。

通過頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，可以提前預(yù)裂煤層上方厚層堅(jiān)硬砂巖頂板，使其降低強(qiáng)度、減小跨落步距；可以提前釋放老頂巖層蓄積的部分彈性能，降低應(yīng)力集中程度；能有效地保證被破壞頂板的整體性。

該方法裝藥量大，鉆孔深度大，且呈一條直線，所以對(duì)老頂預(yù)裂的效果較好。根據(jù)實(shí)際條件，對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)，選用不同角度、不同深度的鉆孔，就能在頂板形成深度較大的保護(hù)帶，從而有效地控制頂板沖擊現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 幫部煤體卸壓爆破技術(shù)

根據(jù)目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的卸壓措施，我礦現(xiàn)實(shí)施的幫部鉆孔卸壓參數(shù)為：鉆孔間距5m，鉆孔深度為10m。鉆孔設(shè)備為ZYJ-500/180架柱式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆頭直徑為42mm，用插接麻花鉆孔。采用礦用許可炸藥，用雷管加導(dǎo)爆索方式起爆，一般采用正向裝藥，裝藥長(zhǎng)度為3.3m。（如圖2所示），幫部煤體爆破卸壓參數(shù)如表2所示。

該方法操作簡(jiǎn)單，易實(shí)行，爆破時(shí)人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)地點(diǎn)，比較安全；鉆孔間距及裝藥量也可適當(dāng)控制，比較可靠。不足之處是卸載范圍不易掌握，卸載效果不能持久。

2.3 底板爆破卸壓技術(shù)

隨著工作面的不斷推進(jìn)，巷道均會(huì)出現(xiàn)不同程度的底鼓現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著工作面回采。為進(jìn)一步防治底鼓，我礦結(jié)合自身實(shí)際，現(xiàn)實(shí)施的底板卸壓技術(shù)為爆破卸壓，底板爆破卸壓參數(shù)如表3所示。

底板卸壓孔開孔位置為回風(fēng)巷底板中間處，方位角為180°朝向采空區(qū)，卸壓爆破孔孔徑75mm，采用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，單孔裝藥量3kg，煤礦許用毫秒延期雷管引爆。鉆孔間距5m，孔深10m，封孔深度5m，裝藥封孔完畢后每次起爆1-3個(gè)孔。爆破順序從工作面?zhèn)乳_始沿巷道向外進(jìn)行，以便使高應(yīng)力區(qū)域向外轉(zhuǎn)移，遠(yuǎn)離工作面。底板卸壓爆破鉆孔布置平剖面示意如圖3所示。

通過采用巷道底板爆破卸壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)破壞煤層底板積蓄能量的能力以及水平應(yīng)力在底板中的傳遞，達(dá)到防治底鼓的目的。該方法的不足之處是由于煤體破碎，施工的鉆孔容易塌孔，導(dǎo)致裝藥不便。為達(dá)到卸壓效果，可以采用大孔徑鉆孔卸壓配合爆破卸壓技術(shù)，從而“緩解”巷道底鼓。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）斷頂是所有解危措施中的一項(xiàng)根本性措施，也是在具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)條件下治理頂板應(yīng)力集中型和震動(dòng)應(yīng)力釋放型沖擊地壓最有效的措施。而頂板深孔預(yù)裂爆破是用爆破改變爆破區(qū)域頂板物理力學(xué)性質(zhì)，破壞頂板的完整性，釋放頂板內(nèi)積聚的大量彎曲彈性能，可縮短頂板破斷步距，降低沖擊的危險(xiǎn)。

（2）幫部煤體卸壓爆破操作簡(jiǎn)單、靈活，是一種普遍適用的措施，其技術(shù)關(guān)鍵是控制好炸藥量及封孔質(zhì)量。

（3）底板卸壓爆破可用爆破減緩其應(yīng)力集中程度，達(dá)到卸壓解危的目的。

（4）爆破卸壓是控制沖擊地壓的有效手段，降低了沖擊危險(xiǎn)的強(qiáng)度和頻率，避免了破壞性沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生，取得了較好的效果。

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