新景煤矿15226 综放工作面陷落柱超深孔扩裂爆破研究

韩进东

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

陷落柱作为一种广泛存在的地质构造，对工作面的正常回采带来较大的影响。在综采工作面遇到非导水陷落柱开采时，由于陷落柱岩体强度较高，开采时常导致截齿磨损严重，降低开采效率，而且存在一定的安全隐患。目前，众多学者对工作面过陷落柱技术进行了大量的研究，主要采用布设刀把工作面、快速搬家、帷幕注浆和超前支护等方式。超深孔扩裂爆破技术可以弱化陷落柱内厚硬岩体，从而提高工作面过陷落柱的效率，降低开采安全隐患，该技术在对钻孔参数、爆破装药量等进行针对性设计，完成一次爆破效率高，可以使工作面安全高效的过陷落柱区域。此次以新景煤矿15226 工作面陷落柱超深孔扩裂爆破工程为研究对象，对深孔扩裂过程中的主要技术参数进行分析，优化爆破参数，并提出了钻孔偏斜技术措施、深孔钻孔安全措施、爆破实施与安全管理措施等。

1 概 况

新景煤矿15226 综放工作面位于芦北15 号煤采区西部，工作面标高433—492 m，地面标高869—1 028 m，埋藏深度为415～583 m。工作面走向长1 930.5 m，倾斜长212.5 m，面积366 935 m2。东为15025 工作面（已采），南为芦南风井及采区大巷，西为15308 工作面（未掘），北为芦北风井及采区大巷。该工作面15 号煤层总厚5.7～7.1 m，平均厚度6.51 m，煤层倾角2°～11°，平均倾角5°。煤体容重1.435 t/m3，工作面采高控制在2.8 m，循环进度0.8 m。

根据矿方探测与提供的相关地质资料，X5 陷落柱长轴112 m，短轴71 m，陷落柱短轴方向被15226 进风巷揭露，其长为45.04 m；其余的X3 陷落柱长轴40 m、短轴33 m，X4 长轴70 m、短轴45 m，X6 长轴68 m、短轴42 m，且均未被揭露。各陷落柱在工作面相对位置关系如图1 所示。

图1 各陷落柱在工作面内相对位置关系Fig.1 Relative position relationship of each collapse column in the working face

2 陷落柱超深孔扩裂爆破设计

2.1 炮孔布孔方式及参数

根据矿方探测与提供的相关地质资料，虽然X5 陷落柱已在综放工作面顺槽内揭露，具备利用大钻机钻凿50 m 的超深孔爆破的条件，但是根据矿方的生产和凿岩机具的安排，从综放工作面的空间和时间来看，顺槽钻凿50 m 炮孔的方案很难实现。因此，对陷落柱采用超深孔扩裂爆破的设计，此次主要是采用从工作面钻凿30 m 以内炮孔的扩裂爆破方案。

根据陷落柱在综放工作面内的位置关系，在陷落柱内沿工作面布置炮孔时，需要注意X5 陷落柱在工作面顺槽揭露情况，靠近顺槽最外的炮孔需要留足够的岩柱，以抵抗该炮孔爆破时对顺槽的破坏，根据实践经验和装药直径的大小，其预留岩柱大于6 m 即可。

（1） X3 陷落柱长轴40 m，短轴33 m，在顺槽处未揭露，沿工作面推进方向最大为40 m，按工作面内布置的炮孔长度最大为30 m，不进行分区处理，炮孔长度按资料实际计算，当炮孔长度小于8 m 时就不进行爆破，其炮孔布置如图2 所示。

图2 X3 陷落柱炮孔布置Fig.2 Blasting hole layout of X3 collapse column

（2） X4 陷落柱长轴70 m，短轴45 m，在顺槽处未揭露，因沿工作面的推进长度达到了70 m，按工作面内布置的炮孔长度最大为30 m，则沿工作面推进方向需要分2 次（2 个区） 爆破才能处理完毕，当炮孔长度小于8 m 时就不进行爆破，2 区的炮孔大于30 m 时按实际孔深计算，其炮孔布置如图3 所示。

图3 X4 陷落柱炮孔布置Fig.3 Blasting hole layout of X4 collapse column

（3） X5 陷落柱长轴112 m，短轴71 m，陷落柱短轴方向被15226 进风巷揭露，其长为45.04 m。因沿工作面的推进长度达到了71 m，按工作面内布置的炮孔长度最大为30 m，则沿工作面推进方向需要分3 次（3 个区） 爆破才能处理完毕，当炮孔长度小于8 m 时就不进行爆破。

（4） X6 陷落柱长轴68 m，短轴42 m，在顺槽处未揭露，因沿工作面的推进长度达到了68 m，按工作面内布置的炮孔长度最大为30 m，则沿工作面推进方向需要分2 次（2 个区） 爆破才能处理完毕，当炮孔长度小于8 m 时就不进行爆破，2 区的炮孔大于30 m 时按实际孔深计算，炮孔布置如图4 所示。

图4 X6 陷落柱炮孔布置Fig.4 Blasting hole layout of X6 collapse column

根据单位工作面长度的装药量的要求，拟采用φ63 mm×1 000 mm 的装药壳体，此次爆破拟选用三级煤矿许用乳化炸药，每米能装三级煤矿许用乳化炸药药量为3.2 kg 左右，根据理论研究成果计算其爆破扩裂半径为1.08 m 左右，且考虑钻孔设备最低钻孔高度的约束和采高2.8 m 等因素，此次设计在进风巷道内布置2 排“之字形”炮孔，拟取离巷道底板高度1.1 m 的位置布置第一排钻孔，第二排离第一排炮孔0.5 m 的位置进行布孔，同排孔间距为3.0 m。两排炮孔布置方案如图5 所示。

图5 炮孔的位置关系及参数Fig.5 Position relationship and parameters of blasting hole

2.2 装药量及爆破分组

超深孔爆破因单孔装药量较大，爆破时产生的爆破震动也很强，为工作面各结构的安全，方案设计采用毫秒微差爆破技术，控制单段爆破总装药量。根据试验确定炮孔长度，在工作面内钻凿的炮孔长度超过30 m 的在计算工程量时，按实际炮孔深度计算，没有30 m 的以见煤收钻。我国煤矿现有煤矿许用毫秒数码电子雷管有5 个段别，以逐孔微差并且单段最大起爆药量不大于120 kg 来进行设计计算，每组起爆的炸药总量不宜大于600 kg为宜。根据这一原则以及沿15226 综放工作面各个陷落柱布孔情况，此次过陷落柱的工作面爆破参数见表1。

表1 陷落柱爆破参数及装药量Table 1 Blasting parameters and charge quantity of collapse column

2.3 超深孔爆破实施

由于没有现成的药包，试验时必须现场进行加工。加工时，所有的操作人员须事先经过专业培训，且在爆破员的监督下进行。药包加工具体操作步骤如下：先将被筒清理干净，再将其下部通气孔打开，且把被筒母盖装在被筒下部公盖上；一人将炸药封皮纵向划开，去皮装入被筒，另一人轻轻震动被筒，确保装入的炸药密实无留空隙；确保被筒装满后将其底部母盖取下，用其封好被筒。封盖时不可使用铁器敲打，装好后放在固定位置，清点好药卷数目，确保与所需数目相同。此次扩裂爆破壳体结构为PVC 材质，其外径为63 mm、内径60 mm，有效装药长度为1 000 mm，并且各壳体之间可以通过螺纹连接，如图6 所示。

图6 装药壳体及其连接Fig.6 Charge shell and its connection

3 安全措施

（1） 防突水。由于陷落柱具有一定的导水性，且超深孔爆破单个孔道装药接近80 kg，爆破影响范围更广，因此，在进行超深孔爆破扩裂前，要防止突水情况的发生。

（2） 爆破的安全措施。采用煤矿许用毫秒数码电子雷管，雷管总延期时间不得超过130 ms；起爆地点必须在新鲜风流中，距工作面的距离不得小于300 m；根据掘进工作面到回风口的距离。爆破后要等20 min 以上才可进入工作面。爆破前应做好设备的掩护和保护工作。

（3） 拒爆的预防及处理。为了避免单发雷管故障导致炸药拒爆，采用双回路结构，即将两发雷管并联起来。即使一发雷管出现故障，另一发雷管仍然能够正常引爆炸药。如果发生起爆网路拒爆情况，放炮员必须先取下钥匙并摘掉爆破母线，将其扭结成短路状态，然后沿线路仔细检查，找出拒爆原因。

4 施工效果分析

新景煤矿15226 工作面已经回采通过X5 和X6 陷落柱，累计推进了98.5 m，历时22 d，截齿消耗了316 把，平均消耗3.21 把/m，工作面推进速度4.47 m/d。

在15226 工作面附近的15025 工作面，揭露陷落柱未做深孔爆破处理，截齿消耗速度为14.65 把/m，工作面平均推进速度为3.85 m/d。

与未做深孔爆破处理时相比，截齿的消耗速度下降了74.21%，工作面的推进速度提升了16.1%。

5 结 语

通过对新景煤矿15226 工作面地质资料和陷落柱物探资料的分析，得出了使用超深孔扩裂爆破技术通过X3、X4、X5 和X6 四个陷落柱的技术方案，提出了炮孔布置方式及参数。方案在新景煤矿15226 工作面是时候，已经安全顺利通过X5 和X6陷落柱，与未做深孔爆破处理时相比，截齿的消耗速度下降了74.21%，工作面的推进速度提升了16.1%，超深孔扩裂爆破技术成效显著，有一定的推广价值。