高陽煤礦綜放工作面深孔預裂爆破技術應用

裴艷龍

（山西汾西礦業集團安全監察中心 山西 介休 032000）

我國井工煤礦在進行采煤工作面布局設計時，常會受各類地質因素的影響，如斷層、無炭柱、陷落柱等，這些地質構造的存在，除了影響工作面布局設計外，還會制約綜采、綜掘機械化生產工藝的應用，降低采掘速度、增加頂板控制難度，打眼爆破時還會增加額外的安全隱患，嚴重阻礙礦井安全高效發展。山西焦煤汾西礦業高陽煤礦就飽受各類地質構造的影響，尤其在工作面回采時，綜合機械化生產的優勢受到限制，不得已采用打眼爆破的原始工藝來應對斷層、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，高陽煤礦就開始聯合華北科技學院進行科研攻關，在6個采煤工作面、3個掘進工作面實施了深孔預裂爆破，累計順利通過15個特殊地質構造，科研攻關取得了極大成功。本文以31109 綜放工作面為例，對深孔預裂爆破技術的應用進行介紹，從而對類似條件下的工作面回采工作進行有益的指導。

1 工程概況

高陽煤礦是汾西集團的主力生產礦井，生產能力公告為450 萬t/年，總體地勢為西高東低，地面標高+1 000 m～+760 m?？刹擅簩訑禐? 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°，采用綜合機械化放頂煤工藝回采，全部垮落法管理頂板，頂底板條件如表1所示。

表1 3#煤層頂底板巖性

地質說明顯示，31109 綜放工作面回采過程中將揭露6個較大構造，其中2條斷層、4個陷落柱，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，陷落柱內侵入灰巖，巖石整體較堅硬，采煤機無法直接截割，且局部區域又極為破碎，推采過程中難以保持頂板的完整性，對工作面影響較大，適用深孔預裂爆破技術，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 深孔預裂爆破方案設計

2.1 深孔預裂爆破原理

依據國家煤炭行業標準MT1036-2007 對煤礦井下深孔預裂爆破技術的標準定義，爆破孔深度在10 m以上，為增加煤巖體裂隙而在實體煤巖體中進行的非落煤巖的爆破，稱為深孔預裂爆破。具體到本工作面，對于揭露的陷落柱，無法適用采煤機強割硬過，可在陷落柱范圍內實施深孔正向爆破，對爆破孔1 m 半徑范圍內的巖石進行裂隙擴展及松動破壞，破碎后的巖石可由采煤機直接截割，避免頻繁打眼爆破。以一次深孔爆破30 m深度為例，采煤機割煤循環進尺為0.8 m，一次爆破足夠采煤機割煤37.5個循環，大大節省了爆破時間，提高推進速度和生產效率[3-5]。

2.2 深孔預裂爆破方案設計

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，適合在巷道內實施深孔爆破。即在巷道內垂直煤壁向陷落柱內施工爆破孔，具體方案為：在工作面距離陷落柱50 m前即提前實施深孔預裂爆破，鉆孔使用ZRZ31.5-210/300 型架座式乳化液鉆機，用一備一，實踐最大鉆孔深度可達150 m，設計使用φ80 mm 鉆頭及配套鉆桿進行鉆進，濕式鉆進工藝。鉆孔自陷落柱邊界開始打設，每2 m 布置一個鉆孔，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），鉆孔起始位于距離底板1.35 m處，鉆孔深度根據陷落柱分布情況現場確定，標準為見煤收鉆。

圖2 Z2陷落柱深孔預裂爆破炮眼布置示意圖

預計過Z2 陷落柱共需施工42 個鉆孔，使用礦用乳化炸藥，爆破設計為正向裝藥結構，雷管起爆，單次爆破裝藥量控制在200 kg以內，共需起爆25次。采用專用深孔爆破風動裝藥器進行裝藥，連續裝藥結構，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 時封泥長度為3 m，炮眼深度8 m 時封泥長度為4 m，炮眼深度9 m～10 m 時封泥長度為5 m，炮眼深度在11 m 及以上時封泥長度為6 m，泡泥必須封滿至孔口位置。

3 深孔預裂爆破施工及應用效果分析

設計深孔預裂爆破的施工流程為，先在巷道內選擇合適位置安設鉆機，準備就緒后實施鉆孔、清孔及探孔操作，然后根據成孔及孔深清孔裝藥及封泥，執行爆破管理措施后實施爆破，然后進行收尾操作。同時嚴格按照三大規程規定的爆破要求實施管理，嚴格按章作業。31109 綜放工作面深孔預裂爆破技術的應用，直接將陷落柱內的巖石破碎并截割運走，大量減少傳統打眼數量，保證了綜采工作面的正規循環作業，在提高工作面的推進度時，有效地降低周期來壓對工作面的影響。

根據工作面地質構造和條件，在實施Z2陷落柱深孔爆破后，發現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，在后續過Z1、Z4及其他工作面陷落柱時，不斷優化爆破參數設計，鉆孔方位角由180°調整為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，在鉆機上加裝扶正器，解決鉆桿外露鉆機過長時容易造成的鉆孔偏斜、鉆機與煤壁的距離的偏移等難題，現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 結語

據統計，在過陷落柱等地質構造時，使用深孔預裂爆破技術后，陷落柱內巖石得到較好的爆破效果，碎裂較充分，爆破后的采煤機截割及裝運效果較好，且能夠保證頂板的完整性，未發生較嚴重的冒頂事故，同時，統計工作面采用深孔預裂爆破后比之前強割硬過采煤機截齒消耗數量減少75%，每個循環可減少截齒消耗6個左右，每個循環普通打眼數量減少60個左右，普通打眼數量減少80%以上，每班可減少用工2人，每個循環可節約費用2 130元，年節約生產成本平均可達100余萬元?？梢?，深孔預裂爆破技術極好地適用于高陽煤礦多陷落柱的地質條件，取得了極佳的技術及經濟效益。