殷秀文， 徐美玲， 孫占杰

（山東和安地礦勘測(cè)有限公司， 山東 濰坊 261041）

陷落柱是一種相對(duì)發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造，在我國(guó)山西、陜西、內(nèi)蒙等地區(qū)煤礦開采中經(jīng)常遇到。陷落柱的存在往往會(huì)造成煤層破壞，使區(qū)域煤層失去可采價(jià)值，同時(shí)，因陷落柱的存在，給采掘施工也造成了較大難題，其中，巷道的維護(hù)和頂板管理是安全管理的重點(diǎn)[1-2]。對(duì)于陷落柱較為發(fā)育地區(qū)，若長(zhǎng)壁回采工作面存在多個(gè)陷落柱，會(huì)造成采煤機(jī)、液壓支架通過困難，甚至?xí)斐苫夭赏3-4]。當(dāng)前，采煤工作面過陷落柱的方法主要有繞過式、跳采式和平推硬過三種，因繞過式和跳采需要重新施工巷道，工程量較大，造成采面停產(chǎn)，故而，通常更傾向于平推硬過的方式過陷落柱。根據(jù)地質(zhì)資料，潞安某礦2103工作面在推進(jìn)過程中會(huì)遇到陷落柱XLZ6，該陷落柱影響范圍較大，為確保工作面安全高效回采，在借鑒兄弟礦井過陷落柱的基礎(chǔ)上，決定采用超前預(yù)裂爆破技術(shù)過陷落柱，取得了較好的效果。

1 工程概況

2103工作面南部為2101工作面采空區(qū)，北部為實(shí)體煤，西部為井田邊界，東部為采區(qū)集中巷道，工作面平均采高為3 m，屬于穩(wěn)定可采煤層。工作面設(shè)計(jì)走向可采長(zhǎng)度為662 m，傾斜長(zhǎng)度為190.5 m，工作面頂板為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，底板為泥巖和砂質(zhì)泥巖。根據(jù)地質(zhì)資料《2103工作面陷落柱鉆探總結(jié)》可知，XLZ6陷落柱呈不規(guī)則狀，距運(yùn)輸順槽開口537~616 m范圍內(nèi)，偏向2103回風(fēng)順槽，陷落柱長(zhǎng)軸約90 m，短軸約50 m，巖性混雜，灰?guī)r較多，膠結(jié)程度較好，無(wú)水害影響。在2103工作面巷道掘進(jìn)過程中穿過陷落柱段的巷道支護(hù)方式為工字鋼棚支護(hù)，截止當(dāng)前工作面推進(jìn)距離揭露XLZ6陷落柱邊緣23 m時(shí)，工字鋼棚支護(hù)狀況良好。

2 過陷落柱方案的確定

鑒于XLZ6陷落柱巖性混雜，且以灰?guī)r為主，整體巖性較硬，若采用采煤機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行截割勢(shì)必會(huì)造成滾筒及刀齒磨損，經(jīng)綜合分析，決定先采取措施對(duì)陷落柱巖體進(jìn)行預(yù)裂或軟化然后采用采煤機(jī)進(jìn)行截割來(lái)過陷落柱。目前，陷落柱巖體預(yù)裂方式多采用松動(dòng)爆破預(yù)裂，而巖體軟化主要有高壓注水軟化和酸性溶液軟化[5]。松動(dòng)爆破作為常規(guī)的巖體預(yù)裂方式具有操作方便，易于施工等優(yōu)點(diǎn)，但崩裂的巖體容易造成機(jī)械設(shè)備損壞；高壓注水軟化要求巖體滲透率較高，酸性溶液軟化效果較好，但實(shí)施工序繁瑣，成本較高。深孔預(yù)裂爆破技術(shù)是一種在不產(chǎn)生拋擲的條件下充分利用爆炸能量，將巖體破碎的一種控制爆破技術(shù)，該爆破技術(shù)可有效避免松動(dòng)爆破、巖體軟化等方法的弊端，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和XLZ6陷落柱的巖性特點(diǎn)，決定將該技術(shù)實(shí)施于過XLZ6陷落柱實(shí)踐中。

3 深孔預(yù)裂爆破實(shí)踐

3.1 鉆孔施工原則

為了確保深孔預(yù)裂爆破后形成的巖體裂隙貫通，巖塊破碎程度相對(duì)均勻，在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，鉆孔深度、間距、傾角等參數(shù)必須符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。為了確保鉆孔施工達(dá)標(biāo)，鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)位置和坡度進(jìn)行布置，鉆孔應(yīng)符合定位準(zhǔn)、角度準(zhǔn)、成孔好等基本要求，在鉆進(jìn)過程中如若遇到軟巖應(yīng)立即停止施工，以防塌孔，影響裝藥爆破和圍巖結(jié)構(gòu)平衡。在實(shí)施每個(gè)鉆孔后，技術(shù)人員要實(shí)時(shí)驗(yàn)收，對(duì)于不符合要求的鉆孔應(yīng)在0.5 m范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)孔，當(dāng)鉆孔內(nèi)積有煤巖屑時(shí)及時(shí)采用高壓風(fēng)管進(jìn)行沖孔，在確保鉆孔符合要求后及時(shí)進(jìn)行裝藥，避免在地應(yīng)力或者外力擾動(dòng)作用下出現(xiàn)塌孔。經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終確定鉆孔參數(shù)：巖石厚度≤1.5 m時(shí)采用單排孔布置，巖石厚度＞1.5 m時(shí)采用上下交錯(cuò)雙排孔布置，鉆孔間距為5 m，孔徑76 mm，鉆孔均垂直煤墻水平布置。

3.2 裝藥和前起爆

根據(jù)設(shè)計(jì)，將規(guī)格400 mm/卷的煤礦三級(jí)許可炸藥按照每3卷作為一組裝進(jìn)Φ60 mm的PVC管內(nèi)，每組炸藥均采用正向裝藥，裝藥組數(shù)以鉆孔實(shí)際深度和封泥不低于5 m為準(zhǔn)。利用送藥器將裝有炸藥的PVC管送至鉆孔底部，雷管腳線延伸至孔外。考慮到封孔所需炮泥較多，采用自制風(fēng)動(dòng)炮泥機(jī)制作炮泥，炮泥塞入鉆孔后，用木棒搗實(shí)，確保炮泥與孔壁緊密粘結(jié)。為了提高爆破質(zhì)量，采用分組集中起爆方式，根據(jù)設(shè)計(jì)，將爆破區(qū)域范圍按照每10 m為一區(qū)間分組。在一組起爆結(jié)束后對(duì)爆破效果進(jìn)行查看，及時(shí)處理“瞎炮”，在確認(rèn)安全的前提下再進(jìn)行下一組爆破孔起爆。2103工作面深孔預(yù)裂爆破裝藥見圖1所示。

圖1 2103工作面深孔預(yù)裂爆破裝藥示意圖

3.3 安全輔助措施

1）在過陷落柱期間，尤其是在深孔預(yù)裂爆破期間，要求支架接頂嚴(yán)實(shí)，相鄰支架錯(cuò)差符合要求，嚴(yán)禁超高采煤。

2）在過陷落柱期間，密切關(guān)注采場(chǎng)頂板和煤壁情況，對(duì)于頂板和煤壁穩(wěn)定較差，存在頂板冒漏和煤壁片幫傾向時(shí)，及時(shí)采取措施進(jìn)行維護(hù)。2103工作面過陷落柱期間，在陷落柱邊緣地帶采取瑪麗散加固有效避免了頂板和煤壁失穩(wěn)。同時(shí)，按要求在現(xiàn)場(chǎng)備足支護(hù)材料，一旦出現(xiàn)頂板冒漏和煤壁片幫及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

3）在工作面推進(jìn)期間，安全員、跟班干部等管理人員嚴(yán)格按照措施進(jìn)行頂板、有害氣體等方面的安全檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，確保工作面安全過陷落柱。另外，在爆破時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度，確保不安全不放炮。

4）注重工作面礦山壓力觀測(cè)，充分利用礦壓規(guī)律進(jìn)行采場(chǎng)安全管理。

3.4 爆破效果分析

過XLZ6陷落柱期間隨機(jī)某次爆破參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 2103工作面過XLZ6陷落柱期間爆破參數(shù)

爆破后，炮孔封泥多有隆起現(xiàn)象，但是未發(fā)現(xiàn)沖孔和瞎炮現(xiàn)象。當(dāng)采煤機(jī)截割至爆破區(qū)域時(shí)，可觀察到爆破孔之間的裂隙明顯增多，且裂隙貫通性較好，爆破區(qū)域范圍內(nèi)的碎裂巖石塊度較為均勻，預(yù)裂效果較好。分析認(rèn)為其原因主要在于裝藥結(jié)構(gòu)合理，封孔嚴(yán)實(shí)，確保了炸藥爆炸時(shí)釋放的能量在炮孔內(nèi)均勻釋放，最終導(dǎo)致裂隙均勻擴(kuò)張和巖石的均勻碎裂。另外，盡管對(duì)陷落柱邊緣地帶減少了炮眼布置數(shù)目，同時(shí)采用分組爆破一定程度上降低了爆破震動(dòng)的影響，但陷落柱邊緣地帶在爆破后出現(xiàn)頂板少量巖體冒漏現(xiàn)象，鑒于此，在后續(xù)循環(huán)的爆破前，對(duì)陷落柱邊緣地帶進(jìn)行了注射瑪麗散進(jìn)行加固頂板巖體，頂板得到了有效控制。通過深孔爆破預(yù)裂的實(shí)施，有效降低了陷落柱巖體的硬度，在2103工作面推過XLZ6陷落柱期間，采煤機(jī)滾筒未出現(xiàn)明顯的磨損，平均每天更換的截齒數(shù)僅為3個(gè)，相比于跳采、繞過等方式節(jié)約了將近一倍的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

通過深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的實(shí)施，有效確保了工作面安全高效推過XLZ6陷落柱，避免了采用繞過或跳采等方式過陷落柱導(dǎo)致的停產(chǎn)現(xiàn)象，同時(shí)，相比于傳統(tǒng)的松動(dòng)爆破方式過陷落柱，不僅有效解決了因爆破引起的設(shè)備損壞問題，同時(shí)相比于松動(dòng)爆破過陷落柱工效提高了一倍，工作面每天不低于4刀煤，保證了工作面的穩(wěn)產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)。