中厚及厚煤层煤柱灾害长钻孔松动爆破防治技术研究

徐 涛

中厚及厚煤层煤柱灾害长钻孔松动爆破防治技术研究

徐 涛

通过对长钻孔松动爆破技术研究，形成完整的长钻孔松动爆破技术，并运用其对中厚及厚煤层开采留设的煤柱进行处理，改变煤柱受力状态，消除由于煤柱引起的集中应力、冲击矿压、采空区自燃等矿井灾害是解决中厚及厚煤层开采遗留问题的有效技术手段。

长钻孔松动爆破；煤柱集中应力；冲击矿压；采空区自燃

中厚及厚煤层开采过程中，为了保护邻近阶段工作面回采巷道的巷道稳定，留设一定宽度的保护煤柱，尤其在沿空留巷、沿空掘巷难以实现的厚煤层，留设的煤柱宽度较大，随着矿井采深的增加，煤柱引起的矿井灾害尤为突出，已成为中厚及厚煤层开采矿井安全生产的主要制约因素。

在当前技术下，进行沿空留巷或沿空掘巷的无煤柱开采，是改变中厚及厚煤层煤柱灾变的主要技术手段之一。但受围岩条件、煤层条件等限制，一些矿井无法实现无煤柱开采时，仍面临煤柱灾害影响。

1中厚及厚煤层煤柱引起的矿井灾变

1.1 煤柱集中应力引起的巷道围岩灾变。

当工作面煤层全部回采完毕后，煤柱作为下一区段回采巷道与采空区之间的承载结构，承担了采空区一侧及回采巷道掘进形成的复杂集中应力。因此，在下一区段工作面回采时，受采动影响，自身应力集中程度已经较高的煤柱应力叠加，易出现巷道上帮围岩整体移出、变形严重等巷道围岩灾变。在双鸭山矿区的东荣二矿、新安煤矿受煤柱集中应力影响，已出现多次巷道过渡收敛，支护结构破坏等围岩灾变现象，严重影响了巷道的正常使用。

1.2 上层煤柱对近距离煤层的影响。

在近距离煤层开采时，上层开采遗留的煤柱对下层煤的回采巷道及工作面矿压显现影响十分明显，尤其厚煤层煤柱产生的集中应力大，若下层煤的回采巷道距上层煤柱距离过小，便产生巷道围岩应力过大，导致巷道围岩灾变。

1.3 采空区遗留煤柱自燃发火。

一次采全高的工作面回采后，采空区遗留煤炭量极少，受采空区冒落岩石压制，不会产生自燃发火现象，但由于区段保护煤柱的存在，顶板跨落后在煤柱附近形成的三角区，是采空区自燃发火的主要地带，因此遗留煤柱是采空区自燃发火的必然因素。

2长钻孔松动爆破消除煤柱灾害机理

留设的区段保护煤柱，在采空区顶板发生变形下沉过程中，受顶板悬臂梁的力学作用，在煤柱内产生应力集中。由于煤柱煤体强度有限，煤柱外侧煤体会出现压裂现象，因此承载着顶板压力的核心，位于煤柱中心(具体宽度随煤柱宽度、煤层高度不同)。[1]

利用长钻孔松动爆破技术，对工作面后方采空区内的煤柱进行松动爆破，通过松动爆破破坏煤柱支撑结构，使煤柱集中应力向煤体深部或采空区转移，可明显降低煤柱上的压力，应力重新分布示意图如图1所示。

图1 煤柱松动爆破前后应力变化示意图

3长钻孔松动爆破技术研究

制约深孔松动爆破长度及效果的主要因素，是装药长度及封孔质量，根据资料表明，深孔爆破装药形式，有通过压风向孔内吹入粉末炸药，该方法能够实现一定装药长度，但孔内炸药粉末分布不均匀，易出现殉爆现象，同时在装药过程中，药粉受摩擦易发生燃烧甚至保证，安全无保障；固体药卷装药，有利于竹简片固定药卷，再使竹简相互连接，但由于竹简连接处不稳定，装药容易卡住，因此无法推广应用。

因此，深孔爆破长度一直无法突破真正的长钻孔，一直小于50m。[2-4]通过对装药装置及封孔方式的研究，研制出了长钻孔专用装药装置及封孔方法。该装药装置具有组装简单、重量轻、外表光滑的特点，能满足长钻孔爆破装药；将双液浆注浆技术运用于长钻孔爆破封孔，是该项技术的封孔成功关键所在。目前已成功进行了95m深钻孔的装药爆破，装药量150kg，爆破效果良好。

图2 长钻孔爆破装药结构示意图

装药及封孔施工操作及注意事项：

3.1 装药施工操作程序。

(1)清理钻孔：利用封孔管及压风对钻孔进行清理，清除孔内岩屑，同时测量出钻孔长度；

(2)开始装药：按每个钻孔长度准备好火药、导爆索及装药装置，由专业技术人员进行装药施工，装药结构按示意图所示，每个钻孔设计装药量10kg，导爆索18m；

(3)注浆封孔：装药完毕后，准备好注浆设备及材料，对爆破孔进行封孔注浆，注浆长度2.0m；

(4)爆破：在注浆封孔2h以后，现场一切人员撤离到安全距离以外后，方可引爆火药。

3.2 注意事项：

(1)爆破钻孔施工质量应符合设计方案要求；

(2)装药过程与钻孔施工尽量不并行作业，或施工距离保持在10m以上；

(3)注浆封孔长度必须满足2m以上，浆液材料保证质量；

4结论

通过对长钻孔松动爆破技术的研究，开发研制了长钻孔装药结构及注浆封孔技术，使深孔爆破的爆破长度突破了90m，利用该技术对中厚及厚煤层开采遗留的区段煤柱进行松动爆破，能有效消除由煤柱引起的集中应力、冲击矿压、采空区自燃等矿井灾害。

[1]薛峰. 深孔松动爆破技术在过地质构造中的应用[J].煤炭技术，2007，26(11)：133-135.

[2]沈杰，范志忠，赵明，等. 预裂松动爆破技术在特厚煤层综放工作面的应用研究[J].矿业安全与环保，2007，34(5)：27-32.

[3]周长巨.松动爆破在煤矿生产中的应用[J].煤炭技术，2008，27(5)：65-66.

[4]白军全. 谈谈松动爆破在防治煤与瓦斯突出中的应用[J].煤炭工程，2006(4):42-43.

ClassNo.:TD235.4DocumentMark:A

(责任编辑：郑英玲)

OnLongHoleLooseBlastingPreventionTechnologyofMediumThickandThickSeamCoalPillarDisaster

Xu Tao

Through the long drilling loose blasting technology， a complete long drilling loose blasting technology has emerged . By solving the coal pillars problem of the thick coal bed mining and changing the stress state ， the concentration of stress caused by coal can be eliminated ， including the rock-burst goaf spontaneous combustion ， etc. The solution is regarded as an effective way to deal with the legacy of thick and thick coal bed mining.

long drilling loose blasting ；pillar stress concentration；rock-burst ；goaf spontaneous combustion

徐涛，硕士，讲师，鸡西大学，黑龙江·鸡西。邮政编码：158100

1672-6758(2011)12-0050-2

TD235.4

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