聚能管辅助深孔松动爆破技术研究

文/刘殿平 王海明

在煤矿工作面回采过程中，受同采区内附近工作面的采动影响，常常会引起回采巷道顶板下沉、两帮移动和底鼓等矿压显现；个别工作面由于煤层顶板岩性好，不容易落板，造成采空区悬顶面积过大，还存在突然落板摧垮工作面或采空区积聚瓦斯突然涌出造成瓦斯爆炸、爆燃的风险。深孔松动爆破断裂顶板的方法是解决以上问题的有效方法，但是在实际应用中存在着爆破效率低、效果不明显等多种问题。实践中，开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司采取以聚能管辅助乳化炸药进行深孔松动爆破的技术，较好地弥补了传统爆破技术的不足，达到提高装药效率、顶板断裂可控的良好效果，助推工作面实现安全高效开采。

一、聚能管爆破断裂悬臂梁技术

聚能管主要是由PVC制成，两侧设置V形聚能穴，配备装药管道的一种装置，将药卷一次性放在聚能管内部，采用不耦合装药方式，爆炸后，靠近聚能穴积聚的爆炸能量，通过聚能穴的轴线方向汇聚，形成一股高密度、高速度、高压力的气体射流，进而产生高压爆破能量，提高爆破效率，同时高压、高温气体射流逐渐向孔隙扩展，产生定向裂隙，进而提升爆破效率。技术特性如下。

深孔爆破产生的爆轰波沿着聚能槽，将炸药的动能和势能转换成高速、高能的射流，进而切割悬臂梁周围岩石，通过爆轰波作用形成1～2cm裂缝。

射流在孔壁产生7000MPa压力，远远高于岩石的动载抗压强度（200MPa）和抗拉强度（20MPa），同时相邻两炮孔互为临空面，通过压缩波叠加，组合形成稀疏波，进而造成岩石破断。

在炮孔准静态气体膨胀作用下，在两炮孔最短连线上，在静态压力产生的拉力作用下，引发悬臂梁周围岩石裂缝扩展范围加深。

根据爆破应力集中气刃原则，高温、高压爆破气流进入爆破裂缝，进一步扩展、贯通裂隙，由点到面进而切开悬臂梁岩石。

二、工作面概况

吕家坨矿6574工作面位于-950水平五采区，开采7号煤层，轨道巷长度为1045m，皮带巷长度为1317m，均采用14m2的金属拱形支架支护；工作面长为187m，煤层厚度为2.2～4.2m，平均厚度为3.52m，煤层平均倾角为7°，同时6574工作面倾斜下方6572工作面已于2015年回采完毕。

6574工作面皮带巷下方为6572工作面的轨道巷，留设煤柱为5～8m，受6572老塘顶板冒落后形成的悬臂梁结构影响，6574皮带巷侧压较大，金属拱形支架变形严重，巷道变窄严重影响工作面正常回采。为了解决以上问题，通过研究以及实验对比，采取聚能管配合乳化炸药深孔爆破方式，以达到安全高效断裂悬臂梁的目的。

三、炮眼布置及聚能管装药

1．炮眼布置

在6574皮带巷转载机头以外10m开始，往外打眼，炮眼沿皮带巷方向布置单排眼，炮眼间距1.2m，眼深7.5m。开孔位置在巷道上顶正中位置，与垂直方向偏下帮夹角17°，打眼的终孔位置在泥岩层内。每次响炮不超过12个眼，要求封泥不小于2.5m。使用三级煤矿许用乳化炸药，煤矿许用毫秒延期电雷管，正向装药，一次装药一次起爆。

2．聚能管装药

为了达到较好的爆破效果，要求每个钻孔内利用聚能管装药3000g，使用雷管4个，每根聚能管的长度为2m，每个钻孔要使用2根聚能管，装药时将聚能管管体并排放置，将炸药紧挨着放入管体中，其中一段放入雷管，炸药两端放入限位装置防止炸药上下滑动。用连接管将两根聚能管连在一起，让雷管脚线从连接管内穿过，然后进入下一根聚能管，等待与下一根聚能管内的雷管进行连接，连接时保证聚能管之间连接牢固，然后辅助以电工胶带加固。

每根聚能管安装两个泡沫定位块，其作用是固定聚能管的位置和克服聚能管装置本身的重力，保证装置不会从孔内掉落。定位块要用普通电工胶带缠绕两圈，防止脱落。

每根聚能管内的雷管先并联，之后两根聚能管的雷管再串联连接，并且保证每次起爆的所有雷管全部是同一段。每次起爆的几个孔里的聚能管之间的雷管连接也是串联连接。

向钻孔内送聚能管时，要保证孔内聚能管聚能槽方向均与巷道走向一致。

四、聚能管辅助深孔松动爆破技术的效果分析

6574工作面采用聚能管辅助深孔松动爆破取得的效果有以下几方面。

1．装药时间明显缩短

6574皮带巷深孔松动爆破采用常规的装药方式，由于装药时炮眼垂直于水平，向炮眼内送药非常困难，从送药卷到安装雷管再到封泥，往往1个炮眼就需要近30分钟。利用聚能管辅助装药，将炮药和雷管装在聚能管内，装好后直接送进炮眼内，因为有了定位块的作用，送到位置的聚能管不会从炮眼中脱落下来，大大节省往复送药卷的时间，单个炮眼的装药时间仅需要7分钟左右，装药时间缩短了近4倍，大大提高了生产效率。

2．爆破效果明显提升

常规的深孔松动爆破的装药方法，炸药爆炸后产生的爆轰波是四周发散的，炮眼会被崩的粉碎，看不出来具体岩石裂缝。而采用聚能管装药爆破后，由于爆轰波通过聚能管的聚能槽，将炸药的动能和势能转换成高压、高速、高能的射流，切割岩石成缝，形成宽1～2cm的深缝。通过钻孔探测仪可清晰看到爆破后产生的岩石裂缝。

3．巷道受压明显变小

为了更好地观测深孔松动爆破后巷道的受压变化情况，在6574皮带巷安装了巷道压力测量装置，测量数据如表1所示。根据统计情况看，使用聚能管装药爆破以来，巷道受压有了明显的减小。

表1 6574皮带巷压力观测对比数据表

4．巷道维护工程量减小

6574皮带巷在未进行深孔松动爆破前，由于受悬臂梁压力，巷道变形严重，拱形支架受损严重，从6574工作面下口往外需选择性套修200多架棚。随着进行深孔松动爆破以后，特别是使用了聚能管辅助深孔松动爆破，巷道变形明显减小，只需进行简单维护就可以保证生产所需巷道断面，巷道维护工程量大大减少。

五、效益分析

使用聚能管辅助深孔松动爆破断裂悬臂梁，大大提高了工作效率，提升了生产效益。通过计算，每炮眼使用聚能管2根，每炮8个钻孔，每炮投入聚能管费用约320元，而减少爆破人员配备和放大炮眼间距节省的费用约540元，那么每炮节省费用220元，每年可节省费用7.26万元。同时良好的爆破效果，使得巷道断面保持率提升，巷道维护工程量减小，大大减少了工程投入费用，更好地保证了工作面的安全生产。

六、结语

聚能管辅助深孔松动爆破能够减少装药的时间，减少工作面爆破人员配备，减少巷道维修工程量，有效节省了成本费用，提高了安全效果。聚能管辅助深孔松动爆破技术不仅在爆破断裂悬臂梁工作中收到了较好的应用效果，在处理采空区顶板不落、沿空留巷开采煤层巷道受压进行顶板欲裂等方面也具有较好的推广前景，能够产生较大的经济和安全效益。