回采面顺槽深孔预裂爆破切顶卸压技术的应用研究

高 杰

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

煤矿作为重要能源类型，伴随需求的增加，煤矿开采力度日益增大。在实际的开采古城中，某些掘进工作面不仅会受到顶板矿山压力，而且还会受到采动压力影响。为降低这种不利影响，保证开采效率和安全，可通过顺槽深孔预裂爆破进行切顶卸压，以此将采动压力可能对掘进工作面造成的影响降至最低水平。以下结合某工作面实际情况，对其回采面顺槽深孔预裂爆破切顶卸压技术的具体应用进行分析研究。

1 工作面基本情况

某工作面属于放顶煤工作面，其主要开采的煤层平均厚度在15.8 m 左右，在煤层底板处布置宽度为5.5 m、高度为3.8 m 的皮带巷。经前期勘察可知，直接顶以砂质泥岩为主，呈灰黑色，在裂隙当中存在很多黄铁矿，大部分呈薄膜状，岩层硬度在3～4 范围内（普氏硬度），平均厚度在2.66 m 左右。老顶以中细粒砂岩为主，呈灰白色，碎屑主要为石英，其脉状层理较发育，部分位置还有沿垂直方向分布的裂隙，岩层硬度在6～7 范围内（普氏硬度），平均厚度在5.45 m 左右。由于该工作面在回采过程中对与之相邻的工作面有一定动压影响，导致与之相邻的工作面不得不对材料巷进行二次维护，使回采过程中承受着较大的压力。针对这种实际情况，在工作面回采开始前需对其皮带巷通过深孔爆破来实现切顶卸压。为避免残爆，各爆破孔均利用两发雷管实施爆破，对爆破孔中的雷管做串联处理，并在孔外进行串联连线起爆。通过对这项技术的应用，能大幅降低回采对相邻工作面造成的影响。

2 深孔预裂爆破技术

该工作面皮带巷的炮眼将机头端头支架的第二根立柱作为起点不断向推进的方向布置，在与保护煤柱相距400 mm 的位置施工一排炮眼，相邻两个炮眼之间的距离按照800 mm 控制，炮眼的深度按照17 m 控制，并与顶板保持垂直[1]。待工作面持续向前推进到炮眼和超前支架首个立柱保持平行的状态后，方可进行装药爆破，在各炮眼当中装填预装有火药的塑料管。起爆的炮眼个数为2～4 个，起爆前进行连线，然后不断向外起爆，以保证工作面的循环进尺量达到要求。现场施工需严格按照以下工艺流程进行：交接班检查并处理所有隐患→布置炮眼→检查炮眼瓦斯→装药连线→再次检查瓦斯→起爆→最后检查瓦斯。在深孔爆破过程中，炸药以三级乳化炸药为首选，其每卷直径为Φ35 mm×200 mm，起爆雷管为瞬发电雷管[2]。一个炮眼的装药数量为14 卷，装完第7 卷火药后安装雷管，共安装2 根。在连线过程中，炮孔中和炮孔外都进行串联连线[3]。需注意的是，炮眼的施工应超前进行，同时一个炮眼只能进行一次装药与起爆。

3 深孔预裂爆破工艺

3.1 打眼

打眼施工采用以下工艺方法进行。

1）在深孔预裂爆破过程中，钻孔需借助锚杆机进行，钻头尺寸为一般为Φ42 mm。

2）为了使爆破达到预期的效果，在打眼之前应做好拉线，同时其距离应达到30 m 以上，使炮眼孔口处于同一条线，并使孔眼形成一个平面[4]。

3）完成打眼后，其深度、角度与直径都必须达到要求。

4）在打眼过程中，若遇到炮眼和顶部支护发生重叠的情况，应和原巷道支护保持至少100 mm 的距离。

5）在打眼过程中，若遇到深度超过4 m 的废眼，则应在其周围使用红色的油漆予以标注，并在装药过程中使用黄土对其进行封堵，确保封堵的长度达到1.5 m 以上。

3.2 装药

装药采用以下工艺方法进行：

1）在装药过程中，先在塑料管其中一端填入不少于300 mm 的黄土（塑料管的直径为40 mm，长度为4 m），然后在塑料管的另外一端连续装入6 卷乳化炸药，接着装入引药，再装入雷管，将其小脚线捋顺后拉出到管口处；将雷管安装完成后，继续装入6卷乳化炸药和引药，最后再装入1 根雷管，将其小脚线用相同的颜色脚线切断到和中部放置的雷管相同长度并进行连接，用防水胶布将其包裹严密。对于孔外的小脚线，需在孔口处将其切断成相同的长度，然后分别与大脚线相连，将大脚线连接到长度为19 m后，通过扭结形成短路。在装药的过程当中，炸药之间应保持紧密，以免残爆。将炸药装好，并检查确认无误后装入水泡泥，再用黄土将整根塑料管填满。在装药时使用的雷管，应为同一段号[5]。

2）将塑料管中的炸药装完后，将其穿入到事先打好的炮眼当中，然后利用直径较小但长度相同的塑料管将装完炸药的塑料管推入到炮眼的底部，并将其捣实，避免塑料管中装入的炸药发生下滑，完成后将直径较小但长度相同的塑料管取出[6]。

3）完成上步操作后，在塑料袋中填入炮土（塑料袋的尺寸为Φ40 mm×600 mm），然后用之前的直径较小但长度相同的塑料管将塑料袋穿入到与孔口相距13 m 的位置，塑料袋的数量应达到10 个以上，直到炮土封泥到孔口以上7 m 处。最后还要在孔口处填入并捣实长度为1 m 的黄土。整个塑料管长度4 m，装药段长度为2.8m，封泥段长度为0.9 m，采用塑料袋进行封泥的长度为6.0 m，封泥总长为6.9 m[7]。

4 爆破施工效果

为了对该工作面材料巷进行深孔预裂爆破后的切顶卸压实际效果予以验证，在爆破完成后要在两个相邻的钻孔中额外进行一个18.53 m 深的钻孔施工，以此形成深度足够的检查孔，根据孔内裂隙情况判断此次爆破效果。通过对这一钻孔的窥视检查，可分析确定对顶板进行深孔爆破之后，钻孔中裂隙的发育情况或破坏情况[8]。具体的窥视结果为：

1）在0～11.46 m 的深度范围之内，检查孔孔壁的裂隙与节理均相对不发育，无显著裂隙带分布，孔壁较为完整。

2）在11.46～13.50 m 的深度范围之内，检查孔孔壁的裂隙与节理均较发育，存在显著裂隙，但孔壁相对完整。

3）在13.50～16.80 m 的深度范围之内，检查孔孔壁的裂隙与节理均不发育，孔壁较为完整。

4）在16.8～18.09 m 的深度范围之内，检查孔孔壁的裂隙与节理均较发育，整个岩层松散，孔壁完整性差。

在完成此次深孔预裂爆破施工后，经以上窥视检查，爆破施工效果为：

1）在11.46～13.50 m 的深度范围内，深孔预裂爆破效果比较显著，孔壁的裂隙与节理均发育，孔壁完整性良好，导通部位的裂隙宽度相对较小。

2）在16.80～18.09 m 的深度范围内，深孔预裂爆破的效果最好，孔壁中的裂隙和节理均充分发育，整个岩层由于受到爆破的冲击作用变为松散结构。

3）在0～11.46 m 和13.50～16.80 m 两个深度范围之内，检查孔的孔壁无显著裂隙带，相对完整，预裂爆破效果一般。

通过对检查孔实施的窥视分析可以看出，通过深孔预裂爆破处理，两个爆破孔的实际影响半径都能达到0.5 m 以上，且两个炮孔之间形成的裂隙达到导通，在与顶板分别相距11～14 m 和16～18 m 的位置形成导通，在与顶板相距11～14 m 的位置，其导通裂隙宽度在1～3 mm 范围内，而在与顶板相距16～18 m 的位置，整个岩层处于松散状态，爆破效果良好，达到了预期的切顶卸压目标。

由于工作面顺槽开采时受到与之相邻的回采面造成的采动影响，使顺槽掘进时与后期回采时受压相对较大，导致维护工作量增加，影响施工效果与安全；对此可以在顺槽回采过程中预先通过深孔预裂爆破实现切顶卸压，用于减小顺槽掘进可能造成的影响。通过实践可知，这行技术的应用能彻底切断回采面和采空区之间的压力传播途径，从根本上减轻顺槽掘进和回采过程中的矿压影响。

5 结语

采用深孔预裂爆破的方法进行切顶卸压可以大幅减小采掘过程中对相邻工作面造成的影响，起到降低矿压的作用。然而，在井下实际应用这项技术的过程中，无论是炮眼的深度、角度，还是装药数量及封泥的长度，都需要进行深入的优化。在炮眼施工过程中，因锚杆钻机所用钻杆的直径较小，所以在钻进时可能发生漂钻，而且施工较为困难，现场施工人员的劳动强度较大，环境恶劣；对此，需在技术层面上对切顶卸压工艺各项技术参数进行优化；同时在装备上应积极探索与现场施工更适宜的机具设备，用于提高钻进的精度，并减小现场施工人员的劳动强度，从而保证最终的爆破效果，为后续的进一步开采奠定良好基础。