石门揭煤深孔松动爆破增透技术应用

石门揭煤深孔松动爆破增透技术应用

刘柱

刘柱（淮南矿业集团潘集第三煤矿）

摘要：本文主要阐述深孔松动爆破的试验，并在潘三矿东翼-650~-750新增进风下山和东四B组轨道下山揭煤期间的应用所取得的良好效果。

关键词：松动爆破快速揭煤增透应用

0引言

淮南矿业集团潘三矿目前所开采各煤层均属低透气性煤层，抽采半径小，抽采效果差，为提高煤层透气性，提高瓦斯抽采消突效果，最终实现安全快速揭煤，分别在东翼-650～-750新增进风下山揭13-1煤层、东四B组皮带机下山揭7-1煤层、东四B组轨道下山揭5-2煤层进行了松动爆破，考察了深孔松动爆破有效半径，且进行了现场应用试验，取得了较好的成果。

1增透原理

深孔松动爆破就是使炸药在煤体爆破孔内爆破过程中产生应力波和爆生气体，在爆破近区产生压缩粉碎区，形成爆炸空腔，煤体固体骨架发生变形破坏，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)；此外，空腔壁上部分原生裂隙将会扩展、张开。在爆破中区，应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，与煤层中的高压瓦斯气体共同作用于裂隙面，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉的裂隙网。在爆破远区，由于爆破孔附近存在辅助自由面－控制孔的作用，形成反射拉伸波，当拉伸波大于介质的抗拉强度时，使介质从自由面向里剥落。同时，反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩展，大大增大裂隙区的范围。同时，原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸应力场的扰动将作用于已产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔周围形成包括压缩粉碎圈、径向裂隙和环向裂隙交错的裂隙圈及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网，从而有利于消除煤体结构的不均匀、减小地应力，降低能量梯度，提高煤体的透气性，增大煤体抽采钻孔的抽采效果，从而达到增透消突的效果。

2有效松动半径考察

以东四B组煤皮带机下山揭7-1煤为例，2008年3月18日～3月25日在潘三矿东四8煤皮带机上山对7-1煤进行深孔松动爆破有效松动半径的考察。设计两组方案：第一组考察半径为3m和3.5m；第二组考察半径为3.5m和4m。

对各考察孔分析，确定深孔松动爆破的松动半径为3～3.5m。

3现场应用

在东翼-650～-750新增进风下山揭13-1煤和东四B组轨道下山揭5-2煤层时进行深孔现场松动爆破应用，重点以东四B组轨道下山揭5-2煤层爆破应用情况为例：

3.1东翼-650～-750新增进风下山揭13-1煤

3.1.1煤层情况。13-1煤厚4.5m，水平层理，以块状暗煤为主，夹亮、镜煤条带，属半暗～半亮型煤。13-1煤顶板为灰色～浅灰色泥质粉砂岩，薄层状，水平层理，层面含大量植化碎片，厚6.2m；底板为深灰色泥质粉砂岩，块状构造，较坚硬，厚3.1m。

实测13-1煤层瓦斯压力3.8MPa，瓦斯放散初速度△p为4，煤的坚固性系数f为0.61，综合指标D为16，K为6.6，预测具有突出危险性。

3.1.2在东翼-650～-750新增进风下山对13-1煤层共施工了5个爆破钻孔进行松动爆破，并且进行了水力冲孔试验，由于松动爆破对煤体的松动效果，单孔冲出煤量达3t以上。

3.1.3结果①揭煤前瓦斯抽采量为57585m3，抽采率达72%，测得残余瓦斯压力为0，整个揭煤过程中巷道回风瓦斯浓度始终在0.2%以下。②在揭煤过程中对巷道顶板采取了金属骨架及注马丽散加固措施，有效防止了巷道揭煤过程中由于顶板破碎造成片帮掉顶等事故。③本次揭煤前探孔施工时间为5天，测压时间为7天，消突钻孔施工和抽采时间共44天，采取远距离放炮揭煤时间为20天，去除其他因素影响的等待时间，总共揭煤时间为5+7+44+20=76天，揭煤过程中未出现任何动力现象，且瓦斯涌出正常，实现76天安全揭煤。

3.2东四B组轨道下山揭5-2煤

3.2.1煤层情况5-2煤厚约2.6m，与下伏5-1煤层层间距约1.5m；煤层顶板为泥岩，厚6.0m，浅灰～灰色，含植化碎片，顶底部较破碎，中部含砂质，局部夹有粉细砂岩薄层；底板为泥岩，厚2.0m，含植物根部化石，局部含砂质。实测5-2煤层瓦斯压力2.9MPa，瓦斯含量9.5m3/t，瓦斯放散初速度△p为12，煤的坚固性系数f为0.5，综合指标D为6.98，K为14.86，预测具有突出危险性。

3.2.2消突钻孔参数在巷道迎头距5-2煤层顶板法距5米时共设计144个钻孔，其中设计16个钻孔作为深孔松动爆破钻孔。钻孔布置平面图中红色为深孔松动爆破孔，先施工完毕爆破孔两边的所有抽采钻孔，并进行合茬抽采，然后施工19、20、99、100号钻孔装药爆破并进行效果考察。

3.2.3装药参数

备注：其中装药量为3kg/m，4个爆破孔共装药90kg。

3.2.4效果考察从爆破前后瓦斯抽采量对比表格中可以看出，爆破后24小时内瓦斯抽采纯量增加了5陪，以后每天的抽采瓦斯浓度和抽采瓦斯量均为爆破前的2～3陪，大大提高了钻孔瓦斯抽采半径、瓦斯抽采量，缩短了瓦斯抽采时间。

钻孔设计控制面积为35×48=1680m2，按常规钻孔终孔间距不大于3m布置钻孔，共需要192个抽采钻孔。现钻孔设计：巷道轮廓线投影范围内，按终孔间距按3m布置抽采钻孔；巷道两帮5m处布置爆破孔，爆破孔终孔间距按6m布置，在爆破孔周围布置抽采钻孔，终孔间距按6～7m布置；巷道轮廓线外8m以外（爆破孔影响较小范围）钻孔布置孔底间距按3.5m布置抽采钻孔，共144个钻孔，对比常规钻孔布置方式减少了48个钻孔。

4结论

4.1采用深孔松动爆破技术方案，减少了48个抽采钻孔，按3台钻机同时施工，每天每台钻孔施工3个钻孔，减少48个钻孔缩短了6天钻孔施工时间。

4.2抽采瓦斯纯量前8小时提高了5陪，以后每天平均提高了2.5陪。按抽采瓦斯45%计算，共需抽采瓦斯量35×48×2.6×1.35×9.5×0.45=25208m3，如不采取松动爆破每天抽采瓦斯410m3，共需抽采瓦斯25208&pide;410=61天；松动爆破后每天抽采瓦斯量860m3，共需抽采瓦斯25208&pide;860=29天，缩短了抽采瓦斯时间32天。

4.3采取松动爆破后共缩短消突时间32+6=38天，爆破后增加了煤层透气性，巷道掘进过程中钻场钻孔保持连续抽采，更为揭煤提供了安全保障。