高陽煤礦綜放工作面深孔預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用

裴艷龍

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)安全監(jiān)察中心 山西 介休 032000）

我國井工煤礦在進(jìn)行采煤工作面布局設(shè)計(jì)時(shí)，常會(huì)受各類地質(zhì)因素的影響，如斷層、無炭柱、陷落柱等，這些地質(zhì)構(gòu)造的存在，除了影響工作面布局設(shè)計(jì)外，還會(huì)制約綜采、綜掘機(jī)械化生產(chǎn)工藝的應(yīng)用，降低采掘速度、增加頂板控制難度，打眼爆破時(shí)還會(huì)增加額外的安全隱患，嚴(yán)重阻礙礦井安全高效發(fā)展。山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦就飽受各類地質(zhì)構(gòu)造的影響，尤其在工作面回采時(shí)，綜合機(jī)械化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)受到限制，不得已采用打眼爆破的原始工藝來應(yīng)對(duì)斷層、無炭柱、陷落柱的影響。為解決以上問題[1-2]，自2019 年5 月開始，高陽煤礦就開始聯(lián)合華北科技學(xué)院進(jìn)行科研攻關(guān)，在6個(gè)采煤工作面、3個(gè)掘進(jìn)工作面實(shí)施了深孔預(yù)裂爆破，累計(jì)順利通過15個(gè)特殊地質(zhì)構(gòu)造，科研攻關(guān)取得了極大成功。本文以31109 綜放工作面為例，對(duì)深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，從而對(duì)類似條件下的工作面回采工作進(jìn)行有益的指導(dǎo)。

1 工程概況

高陽煤礦是汾西集團(tuán)的主力生產(chǎn)礦井，生產(chǎn)能力公告為450 萬t/年，總體地勢(shì)為西高東低，地面標(biāo)高+1 000 m～+760 m?？刹擅簩訑?shù)為4 層，分別為山西組1#、2#、3#煤及太原組9-10-11#煤合并層，上組煤山西組1#、2#、3#為低灰低硫主焦煤，現(xiàn)以+656 m 水平開采太原組9-10-11#煤層。31109 工作面主采太原組9-10-11#煤層，煤層平均厚度7.76 m，平均傾角6°，采用綜合機(jī)械化放頂煤工藝回采，全部垮落法管理頂板，頂?shù)装鍡l件如表1所示。

表1 3#煤層頂?shù)装鍘r性

地質(zhì)說明顯示，31109 綜放工作面回采過程中將揭露6個(gè)較大構(gòu)造，其中2條斷層、4個(gè)陷落柱，斷層均為正斷層，落差2.5 m～4 m；陷落柱最長約123 m，最寬約64 m，陷落柱內(nèi)侵入灰?guī)r，巖石整體較堅(jiān)硬，采煤機(jī)無法直接截割，且局部區(qū)域又極為破碎，推采過程中難以保持頂板的完整性，對(duì)工作面影響較大，適用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，陷落柱分布情況如圖1所示。

圖1 31109綜放工作面陷落柱分布示意圖

2 深孔預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 深孔預(yù)裂爆破原理

依據(jù)國家煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT1036-2007 對(duì)煤礦井下深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)定義，爆破孔深度在10 m以上，為增加煤巖體裂隙而在實(shí)體煤巖體中進(jìn)行的非落煤巖的爆破，稱為深孔預(yù)裂爆破。具體到本工作面，對(duì)于揭露的陷落柱，無法適用采煤機(jī)強(qiáng)割硬過，可在陷落柱范圍內(nèi)實(shí)施深孔正向爆破，對(duì)爆破孔1 m 半徑范圍內(nèi)的巖石進(jìn)行裂隙擴(kuò)展及松動(dòng)破壞，破碎后的巖石可由采煤機(jī)直接截割，避免頻繁打眼爆破。以一次深孔爆破30 m深度為例，采煤機(jī)割煤循環(huán)進(jìn)尺為0.8 m，一次爆破足夠采煤機(jī)割煤37.5個(gè)循環(huán)，大大節(jié)省了爆破時(shí)間，提高推進(jìn)速度和生產(chǎn)效率[3-5]。

2.2 深孔預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)

以Z2 陷落柱為例，Z2 陷落柱長軸123 m，短軸64 m，緊鄰31109 材料巷，適合在巷道內(nèi)實(shí)施深孔爆破。即在巷道內(nèi)垂直煤壁向陷落柱內(nèi)施工爆破孔，具體方案為：在工作面距離陷落柱50 m前即提前實(shí)施深孔預(yù)裂爆破，鉆孔使用ZRZ31.5-210/300 型架座式乳化液鉆機(jī)，用一備一，實(shí)踐最大鉆孔深度可達(dá)150 m，設(shè)計(jì)使用φ80 mm 鉆頭及配套鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，濕式鉆進(jìn)工藝。鉆孔自陷落柱邊界開始打設(shè)，每2 m 布置一個(gè)鉆孔，兩排鉆孔，排距0.5 m，其中上排眼距離中線0.2 m，下排眼距離中線0.3 m，鉆孔方位角180°（垂直煤壁），傾角2°～3°（向上打設(shè)），鉆孔起始位于距離底板1.35 m處，鉆孔深度根據(jù)陷落柱分布情況現(xiàn)場確定，標(biāo)準(zhǔn)為見煤收鉆。

圖2 Z2陷落柱深孔預(yù)裂爆破炮眼布置示意圖

預(yù)計(jì)過Z2 陷落柱共需施工42 個(gè)鉆孔，使用礦用乳化炸藥，爆破設(shè)計(jì)為正向裝藥結(jié)構(gòu)，雷管起爆，單次爆破裝藥量控制在200 kg以內(nèi)，共需起爆25次。采用專用深孔爆破風(fēng)動(dòng)裝藥器進(jìn)行裝藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，操作簡單、起爆可靠、爆破效果好。其中，深度小于6 m的炮眼不需裝藥，炮眼深度7 m 時(shí)封泥長度為3 m，炮眼深度8 m 時(shí)封泥長度為4 m，炮眼深度9 m～10 m 時(shí)封泥長度為5 m，炮眼深度在11 m 及以上時(shí)封泥長度為6 m，泡泥必須封滿至孔口位置。

3 深孔預(yù)裂爆破施工及應(yīng)用效果分析

設(shè)計(jì)深孔預(yù)裂爆破的施工流程為，先在巷道內(nèi)選擇合適位置安設(shè)鉆機(jī)，準(zhǔn)備就緒后實(shí)施鉆孔、清孔及探孔操作，然后根據(jù)成孔及孔深清孔裝藥及封泥，執(zhí)行爆破管理措施后實(shí)施爆破，然后進(jìn)行收尾操作。同時(shí)嚴(yán)格按照三大規(guī)程規(guī)定的爆破要求實(shí)施管理，嚴(yán)格按章作業(yè)。31109 綜放工作面深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用，直接將陷落柱內(nèi)的巖石破碎并截割運(yùn)走，大量減少傳統(tǒng)打眼數(shù)量，保證了綜采工作面的正規(guī)循環(huán)作業(yè)，在提高工作面的推進(jìn)度時(shí)，有效地降低周期來壓對(duì)工作面的影響。

根據(jù)工作面地質(zhì)構(gòu)造和條件，在實(shí)施Z2陷落柱深孔爆破后，發(fā)現(xiàn)前期存在一次起爆范圍過大、炮眼方位角不合理、炮眼間排距不合理等問題，在后續(xù)過Z1、Z4及其他工作面陷落柱時(shí)，不斷優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，鉆孔方位角由180°調(diào)整為183°，爆破間隔距離控制在4.5 m以上，增加封泥長度，使爆破更加充分，同時(shí)，在鉆機(jī)上加裝扶正器，解決鉆桿外露鉆機(jī)過長時(shí)容易造成的鉆孔偏斜、鉆機(jī)與煤壁的距離的偏移等難題，現(xiàn)在鉆孔的偏差由原來1 m～5 m縮減至0.5 m～2 m左右，精度得到提升。

4 結(jié)語

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，使用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)后，陷落柱內(nèi)巖石得到較好的爆破效果，碎裂較充分，爆破后的采煤機(jī)截割及裝運(yùn)效果較好，且能夠保證頂板的完整性，未發(fā)生較嚴(yán)重的冒頂事故，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)工作面采用深孔預(yù)裂爆破后比之前強(qiáng)割硬過采煤機(jī)截齒消耗數(shù)量減少75%，每個(gè)循環(huán)可減少截齒消耗6個(gè)左右，每個(gè)循環(huán)普通打眼數(shù)量減少60個(gè)左右，普通打眼數(shù)量減少80%以上，每班可減少用工2人，每個(gè)循環(huán)可節(jié)約費(fèi)用2 130元，年節(jié)約生產(chǎn)成本平均可達(dá)100余萬元?？梢姡羁最A(yù)裂爆破技術(shù)極好地適用于高陽煤礦多陷落柱的地質(zhì)條件，取得了極佳的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益。