工作面過陷落柱期間深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用

魏志強

（山西平定匯能煤業(yè)有限公司， 山西 陽泉 045200）

1 匯能煤礦15201 工作面概況

山西平定匯能煤業(yè)有限公司15201 工作面位于二采區(qū)北翼東部，北鄰礦井礦界，距礦界26.7 m，南鄰由東向西布置有+574 m 水平三條開拓大巷，為由南向北574 回風(fēng)、膠帶、軌道大巷；西鄰本礦15202工作面（已開采）；東鄰本礦15101 工作面（已開采）。

15201 工作面設(shè)計走向長度為1184 m，傾向長度為150 m，工作面開采煤層為15 號煤，煤層總厚5.1～6.3 m，平均厚度5.7 m，15 號煤層結(jié)構(gòu)簡單至復(fù)雜，常含夾矸2～4 層，一般為泥巖及炭質(zhì)泥巖，半亮至光亮型，層位穩(wěn)定。煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 15201 工作面回采的15 號煤層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)15201 回風(fēng)順槽掘進資料顯示，巷道掘進過程中揭露X-55 陷落柱，陷落柱范圍內(nèi)巖體強度高，掘進機切割困難，影響掘進速度。掘進工作面采用爆破松動后，通過此陷落柱。在工作面回采過程中肯定出現(xiàn)切割困難問題，影響工作面推進速度。現(xiàn)已探測陷落柱長軸約95 m、短軸約40 m。為了不影響工作面正常推進，公司決定提前對X-55 陷落柱進行深孔預(yù)裂爆破[1-2]，以減小陷落柱巖體強度，緩解采煤機切割陷落柱巖體時難度，提高推進速度。

2 深孔預(yù)裂爆破施工

2.1 鉆孔布置

1）爆破鉆孔施工在回風(fēng)順槽側(cè)煤壁上，鉆孔與巷道頂?shù)装迤叫?，鉆至煤層結(jié)束，鉆孔Φ75 mm。

2）爆破孔采用梅花布眼，間距1.5 m，上下孔間距0.7 m，每組3 個深孔加1 個淺孔，淺孔長度根據(jù)深孔封孔長度確定，小于7 m 將不再爆破。下排眼距巷道底板1 m，上排眼距頂板1.5 m，垂直于采煤幫，傾角為8°～13°仰角，眼深至見煤點，每組爆破一次。

2.2 探孔

為了保證聚能管能夠順利安裝至炮孔內(nèi)，爆破孔施工完后需采用專用炮棍進行探孔，由于炮孔直徑為75 mm，炮棍頭直徑應(yīng)不小于60 mm。探孔時必須用炮棍一節(jié)一節(jié)連接好，深入孔內(nèi)探測炮孔深度，并由專人記錄孔深。如果炮棍能夠順利深入孔內(nèi)，則聚能管方可順利裝入。如果遇到卡阻現(xiàn)象，說明孔內(nèi)有打鉆殘渣，可考慮用高壓風(fēng)管接到炮棍上，使用壓風(fēng)管吹炮孔，然后再裝聚能管，或者將該鉆孔廢棄，待重新鉆孔后再裝聚能管。

2.3 聚能管安裝

2.3.1 聚能管結(jié)構(gòu)

聚能管采用本公司發(fā)明的專利——深孔預(yù)裂爆破聚能管，聚能管由主體管、連接套筒、定位裝置三部分組成，主體管采用阻燃、抗靜電的圓管制造，長度2000 mm、外徑50 mm、壁厚2.5 mm、內(nèi)徑45 mm；在管的兩側(cè)對稱切槽，切槽長度與聚能管長度一致，切槽寬度5 mm、深度1.5 mm；聚能管的上、下兩端分別設(shè)置有1 個對穿定位孔，如下頁圖1 所示。

圖1 爆破鉆孔聚能管及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

2.3.2 聚能管安裝工序

1）將所需的聚能管裝好炸藥后，先將第一根聚能管的定位孔穿入定位鋼絲，鋼絲兩端伸出聚能管的長度相等，在鋼絲穿出口處卡上卡片，將聚能管的大部分伸入鉆孔內(nèi)，在安裝聚能管過程中聚能管的切槽對準(zhǔn)鉆孔連線。

2）將第一個聚能管連接裝置的圓形套筒環(huán)向凸起以上的內(nèi)壁涂抹黏接劑，將圓形套筒套在聚能管上，安裝時，圓形套筒的縱向凸起與聚能管切槽對應(yīng)，聚能管伸入聚能管連接裝置的環(huán)向凸起時被擋住，聚能管與聚能管連接裝置黏接在一起。

3）將第二根聚能管的定位孔穿入定位鋼絲，鋼絲兩端伸出聚能管的長度相等，在鋼絲穿出口處卡上卡片；將第一個聚能管連接裝置的圓形套筒環(huán)向凸起以下的內(nèi)壁涂抹黏接劑，將第二根聚能管伸入圓形套筒內(nèi)，直到環(huán)向凸起。

4）檢查第一根聚能管與第二根聚能管兩側(cè)的切槽是否在一條直線上，并且與鉆孔連線對應(yīng)；將連接在一起的聚能管送入鉆孔內(nèi)，直至裝完聚能管。

5）最下面的1 根聚能管的下端有卡槽，最下面的1 根聚能管安裝好后，采用聚能管導(dǎo)向裝置卡住聚能管卡槽，將聚能管送到鉆孔底部，在推送聚能管的過程中保證聚能管的切槽與鉆孔連線對應(yīng)。

2.4 封孔施工

根據(jù)炮眼深度確定裝藥長度及封泥長度，封泥長度不得低于裝藥長度的1/3[3]。炮土采用直徑50 mm直筒塑料袋人工裝實黃土封口而成，每節(jié)長度約500 mm，將炮土一節(jié)一節(jié)塞入孔內(nèi)，用炮棍搗實。在搗實炮土的過程中，特別要注意保護好爆破母線，其布置于炮眼正上方，需由專人撐緊，防止蹭斷。

2.5 爆破施工

將雷管通過母線連接放炮器后爆破，雷管引燃炸藥，同時引燃導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索引燃孔底炸藥，炸藥爆炸后在兩個切槽部位的鉆孔孔壁上產(chǎn)生集中拉應(yīng)力，沿鉆孔連線方向劈裂。

3 實際應(yīng)用效果分析

2021 年4 月17 日15201 工作面回采至480 m處揭露X-55 陷落柱，在揭露陷落柱初期采用采煤機強行破巖推進12 m，采用采煤機強行破巖時，由于巖體單軸抗壓強度高達55 MPa，采煤機破巖效率低，平均推進速度為2.4 m/d，而且在前期破巖期間，采煤機截齒磨損嚴(yán)重，共計更換截齒29 個，且出現(xiàn)兩次切割電機高溫閉鎖現(xiàn)象。

自2021 年4 月18 日早班開始對陷落柱施工爆破預(yù)裂孔，共計施工了12 個爆破預(yù)裂孔，4 月20 日早班全部爆破施工結(jié)束，截止4 月26 日夜班15201工作面已完全過陷落區(qū)，通過對陷落柱采取深孔預(yù)裂爆破施工后，工作面在后期回采過程中回采速度提高至4.5 m/d，后期回采期間共計更換5 個截齒，未出現(xiàn)一起因切割電機高溫而導(dǎo)致的停機現(xiàn)象。

4 結(jié)語

匯能煤礦針對15201 工作面揭露陷落柱時工作面破巖難度大、工作面回采效率低、設(shè)備損壞嚴(yán)重等技術(shù)難題，決定對工作面陷落柱采取深孔預(yù)裂爆破技術(shù)。通過實際應(yīng)用效果來看，與機械強行破巖相比，采用深孔爆破后對陷落柱內(nèi)部巖體產(chǎn)生裂隙擴張破壞作用，降低了巖體整體抗壓強度，保證了后期機械快速破巖，取得了顯著應(yīng)用成效。