深浅孔预裂爆破在综采工作面过火成岩侵入体中的应用

崔润彪



深浅孔预裂爆破在综采工作面过火成岩侵入体中的应用

崔润彪

摘要通过将深孔预裂与浅孔爆破技术相结合的办法，应用到煤矿综采工作面局部火成岩侵入体上，使得开采难度大大降低，不仅有效的提高了回采速度，而且在人力、物力的投入上也降到了最低，收到了很好的效果。

关键词火成岩；深孔预裂；浅孔爆破；爆破参数

0　引言

永定庄煤业公司石炭二叠系山4#层的开采中，遇到的最大的问题就是火成岩的侵入，而8110工作面是受火成岩影响范围最严重的一个综采工作面。岩石坚硬厚实，硬度系数为15～20，是一级极坚固岩石［1］。由地质资料可知，工作面回风巷推进至距初始切巷453 m处，将遇到火成岩侵入体，长度约80 m；皮带巷推进至距工作面初始切巷582 m处，将遇到火成岩侵入体，长度约54 m。预计火成岩与工作面煤壁几乎成40°夹角横穿整个工作面。据实际开采状况得知，本工作面火成岩侵入体呈不规则状态，工作面最长同时揭露为65 m，成地图状分布近的工作面，厚度为0.4 m～ 2.5 m不等，并且局部区域呈现为全岩。工作面布置及火成岩侵入情况（见图1）。

目前国内外针对岩石的爆破方法也是层出不穷，美国克林顿波因特矿区就利用空气柱简陋爆破法进行岩石预裂，国内也多使用液态CO2相变预裂，水压致裂和传统的炸药爆破预裂等。根据具体可操作性及经济成本，为了快速、安全的通过这个区域，特制订了“深浅孔预裂爆破”相结合的技术，对火成岩进行开采，减轻了生产压力，提高了回采效率，最终达到了预期目的。

图1　火成岩侵入示意

1　爆破参数的确定

8110工作面受火成岩侵入区域采用“深浅孔预裂爆破相结合的设计方案”进行回采推进，先将大面积火层岩石整体进行深孔预裂，使其内部产生裂隙，发生松动，之后对岩石较薄不易深孔预裂和预裂效果不好局部岩石坚硬的区域进行浅孔爆破，将大块火成岩石彻底炸碎，从而有效的减轻机组的切割难度，加快了日循环进度。具体钻孔及装药情况（见图2）

图2　钻孔结构及装药示意

1.1炮孔直径

深孔使用ZLJ—150型煤矿坑道钻机，采用Ф57 mm钻头，孔径大约为Ф60 mm；浅孔使用7655型气腿式凿岩机，采用Ф42 mm钻头，孔径大约为Ф45 mm。

1.2炮孔间距

（1）深孔根据巴隆公式［2］：底盘抵抗线Wd=d，孔距a=maW，式中：d——钻孔直径，取0.6 dm；Δ——装药密度，一般Δ取1.1 g/ml；τ：装药系数，一般取0.4～0.85，这里τ取0.75；q——炸药单耗，一般取0.3 kg/m3～0.5 kg/m3，这里q取0.35 kg/m3；m——钻孔密集系数，一般取0.7～1.1，这里m取0.9；ma——邻接系数，一般取0.8～2.0对松软岩石取小值，坚硬岩石取大值2。将确定的数据代入上式：Wd=2.72 m，孔距：a=maW=5.44 m，即孔距确定为6 m。

（2）浅孔根据基本爆破公式［2］：最小抵抗线W= kwd，孔距a=kW，式中：kw——岩石性质对抵抗线的影响系数，一般取15～30，坚硬岩石取大值，软弱岩石取小值，kw=22；d：钻孔直径，d=0.045 m；k——起爆方式对孔距的影响系数，一般电气起爆取0.8～2.0，k=1.5。将确定的数据代入上式：W=0.99 m，孔距：a=kW= 1.485 m，即：孔距确定为1.5 m。

1.3炮孔排距

（1）深孔若进行多排布置，则根据公式：排距b=W［2］，故b=2.72 m，由于工作面采高控制在2.5 m左右，小于排距，所以采用横向单排布置，且打在岩石厚度中。

（2）浅孔若进行多排布置，则根据公式：排距b=W［2］，故b=0.99 m≈1.0 m，所以浅孔打在火成岩石厚度小于1.0 m未进行深孔预裂的岩石厚度之中，横向单排布置；或打在预裂效果不好，火成岩石厚度超过1.0 m，不再具备打深孔的岩石上，两排平均布置，排距1.0 m，并延火成岩侵入方向与岩石揭露表面成75°角。

1.4炮孔深度及封孔长度

（1）根据对巷道走向火成岩揭露情况及钻机性能、爆破可操作性的分析，深孔长度L初步确定为20 m，封孔长度约为8 m（使用Φ55×500 mm牛皮纸袋包裹的胶泥）。当孔内打到煤体连续长度超过2 m时，就不再继续钻进，此时停止钻机，准备开打下一个钻孔。要对每个深孔各个阶段的岩石或煤体的长度，从外向内依次做详细记录并标明最终孔深，并将所有钻孔进行编号。

（2）浅孔长度L为2 m，封孔长度约为0.5 m（使用Φ 40×250 mm牛皮纸袋包裹的胶泥），并逐一进行记录、编号。

（3）据煤矿安全规程规定，炮眼深度超过1 m时封泥长度不得小于0.5 m；深孔爆破时封孔长度不得小于孔深的1/3［3］。

1.5炮孔药量控制

（1）深孔每孔装药量，根据公式：Q=0.33qawL（q取0.35）［2］，故Q=34.2 kg，此值为理论最大值，但实际操作要按乳化炸药规格（Ф50×500 mm，1.0 kg/卷）填装相应长度的药量，根据前期打孔时每个孔的数据记录，当某一孔内为煤岩交替结构时，根据编号记录将乳化炸药装在深孔的各岩石部位，并相应填装规定长度的封泥。

（2）浅孔每孔装药量，根据公式：Q=0.33kawL［2］，故Q=1.5 kg，此值为理论最大值，但实际操作要按乳化炸药规格（Ф35×250 mm，0.2 kg/卷）填装相应长度的药量，如遇煤岩交替，若岩石深度小于0.6 m时，则对此孔不进行装药爆破。

2　施工工艺

2.1装药填封工序

（1）深孔对于全岩炮孔采用连续不偶合装药最后封泥的方式进行填装，煤岩交替孔采用分段装药、分段封泥的方式进行填装。根据每孔内结构记录情况，计算出装药的数量和封泥长度，并用事先准备好的直径为Φ25 mm的PVC塑料管当做“炮棍”，将药卷逐一送入孔内，且紧密接触，从孔底向外在其相应岩石位置装好规定长度的药卷后开始填装封泥，填装规定长度的封泥后用炮棍捅实，再继续装入药卷，依次按炮孔内部结构装上药卷和封泥。

（2）浅孔采用连续装药最后封泥的方式进行填装，根据孔深计算出药卷数量和封泥长度，用木制炮棍将其装入孔中，且紧密接触，最后填装相应长度的封泥。

2.2起爆链接方式

（1）深孔采用煤矿许用三级乳化炸药、导爆索连续串装药结构，毫秒电雷管正向起爆，将导爆索一端插入第一个药卷，并用胶布或细绳使其与药卷捆绑牢固、紧密接触、不被拽出，之后缓慢放入孔内，确保所有药卷与导爆索接触严密，最后在孔口封泥外，将导爆索末端与毫秒电雷管用胶布捆绑在一起，雷管应绑在距导爆索末端15 cm以内的位置，并且雷管聚能穴朝着传爆方向，以便传爆良好。

（2）浅孔采用煤矿许用三级乳化炸药、毫秒电雷管反向起爆，用细竹木棍将第一个药卷外壳扎破，把毫秒电雷管聚能穴朝着孔口插入药卷中，并用自身脚线在药卷上缠绕两圈捆绑牢固，使雷管不被拽出，之后将药卷放入孔中，并将脚线伸出孔外以便与放炮母线连接。

3　工作面设备保护

放炮前应将工作面支架里的照明及通话线路提前回撤，并在放炮点前后9 m范围内的支架动力柱上，顶梁往下300 mm，横向固定一排木杠，木杠长度为1.5 m与支架同宽，必须与支架力柱捆绑牢固。之后将事先准备好的长度合适的木杠一端搭在捆在立柱的木杠上，另一端支在运输机溜槽挡煤板电缆槽中，紧密排列，使用把锯将其相互连接固定，再将割好的废旧皮带与这些木杠固定，形成滑梯式斜面。这样不仅起到全方位、立体式保护支架的目的，而又使得放炮后飞溅出的大量石块渣子沿坡流下，始终堆积在溜槽上，启动运输机就可直接运走，有效的控制住了放炮飞渣的乱串，大大减轻了人员清理工作强度。且必须将机组停在距放炮地点30 m以外的顶板完好、无淋水处，尽可能的停在工作面尾部，并将机组滚筒隔离手把摘开，将机组与工作面运输机闭锁装置开启且开关打至零位。设备保护情况（见图3）。

图3　设备保护示意

4　应用效果分析

（1）在采用深孔预裂之后，通过现场观察，火成岩石表面已产生了不同程度的裂隙，但不是很密集，局部区域裂隙不明显。当用重物敲击岩石表面时，能够清晰的听到内部空洞的声音，表明内部岩石已发生松动。此时机组割刀还是非常困难，则需结合浅孔爆破向前推进，在推进1.8 m后，观察发现岩石表面裂隙增多，裂隙在1 mm～5 mm之间，而且孔与孔之间的裂隙错综复杂、相互交织，效果很好，这说明预先计算的6 m钻孔间距，足以满足预裂效果，只是封泥长度略长，对此我们可将之后的深孔封泥长度控制在7 m左右，以保证岩石表面（封泥区域）能够很好的预裂，减少浅孔爆破次数。

（2）浅孔补充爆破效果非常好，彻底坚决了预裂不到位的地方，随着向前的割刀推进预裂效果越来越好，但由于火成岩侵入不规则实际装药达不到理论要求，预裂会产生盲区，势必将增加浅孔爆破的次数。通过现场观察分析统计，累计推进25 m左右时，裂隙逐渐消失，这时需要重新进行钻孔预裂，依次重复直至火成岩石全部推出。

5　结语

通过采用深浅孔预裂爆破相结合的技术，永定庄煤业公司山4#层8110工作面目前已完全通过了火成岩墙倾入区域，共用40 d的时间，累计推进180 m，比计划提前20 d完成任务。当然，更重要的是比重开切巷，二次搬家节省了大量人力、物力和时间。这不仅仅是为我矿增加了5万t原煤产量，重要的是实现了精采细采、吃干榨尽、合理利用资源的生产要求，也为我们今后的开采工作奠定了坚实的基础。

参考文献

［1］车树成，张荣伟.煤矿地质学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［2］王玉杰.爆破工程［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2009.

［3］国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2016.

Application of Deep and Shallow Hole Presplitting Blasting in Igneous Rock Intrusion of Fully Mechanized Working Face

Cui Runbiao

Abstract：By combining deep-hole presplitting technology and shallow-hole blasting technology to applied to local igneous rock intrusion of fully mechanized working face，mining difficulty is greatly reduced，the recovery rate is effectively improved，manpower and resources investment are dropped to the lowest.

Key words：igneous rock；deep-hole presplitting；shallow-hole blasting；blasting parameter

中图分类号TD235.3

文献标识码B

文章编号1000-4866（2016）03-0006-03

作者简介

崔润彪，男，1982年出生，太原理工大学采矿工程毕业，本科，现在同煤集团永定庄煤业公司综采二队工作，助理工程师。

收稿日期：2016-05-16