浅析煤层卸压爆破在冲击地压厚煤层掘进巷道施工的作用

石高远

（龙煤股份公司鹤岗分公司峻德煤矿掘进一区，黑龙江 鹤岗 154111）

随着峻德煤矿开采深度不断增加，在三水平北3层、9层、17层煤层都先后有冲击地压现象的发生，严重威胁我矿安全生产。冲击地压的动力现象不只在采煤工作面发生，还在煤巷掘进时显现。峻德煤矿掘进一区9103队施工三水平北17层三、四区一段回风巷，当时由于对冲击地压认识不够，没有采取预防措施，于2010年11月17日、2011年1月11日在回风巷变平点35米-90米范围内发生二次较大的矿压冲击，之后为防止三水平北17层三、四区一段回风巷掘进期间发生冲击地压，向前施工采取了煤层爆破卸压，以消除或减缓冲击危险，有控制地释放煤层内部集中应力，收到较好的效果。

1 工作面概况

本区位于三水平北17层三、四区一段；煤层赋存稳定以块状亮煤为主，含少量暗煤，走向185°～195°，倾角 27°～32°。煤层厚 8.21m-12.94m，煤层直接顶为4.0～7.0m的灰色细砂岩，以石英长石为主，含少量黑色矿物，老顶为30～40m的浅灰、灰白色中、细砂岩，以石英、长石为主，底板为4.0～7.0m的凝灰质粉砂岩，与上覆11层间距140～170m，与下伏21层间距60～70m。北部回风巷设计长度为985米，与上段（二水平北17层三四区三段机道）煤柱倾斜最小距7—8米，最大25米，北部回风巷施工245米至265米时过二水平北17层三、四区分区煤柱，两侧均为上段停采放顶线，属高应力集中区域，为冲击地压重点防预区域和危险区域。

2 采用煤层卸压爆破方式及参数

2.1 三水平北17层一段北部回风巷施工采用边卸压边掘进

煤层卸压爆破孔布置：在场子头距巷道底板0.8米、距下帮1米、3米，间距2米、按施工中心方向坡度0度向前施工2个煤层卸压爆破孔，长度不小8米，距巷道底板0.3米、距下帮1米、2.5米，间距1.5米、按-25度向下施工2个，长度6米；下帮：距巷道底板0.5米，每间隔5米沿煤层倾角向施工1个卸压爆破孔，长度6米；场子头每次卸压距离8米，场子允许向前施工4米，场子必须在卸压范围内施工。

2.2 当防冲大队采用KBD5便携式电磁辐射仪、钻屑法监测到场子头有冲击危险时，对该区域上帮、底板及下帮采取煤层卸压爆破方法进行处理。

迎头：距巷道底板0.3米、距下帮1米、间距0.9米、按-25度向下施工4个卸压爆破孔，长度6米。

距巷道底板0.8米、距下帮1米、间距0.9米、按施工中心方向坡度0度向前施工4个卸压爆破孔，长度不小8米。

上帮：距巷道底板0.5米，每间隔5米按-10度施工1个卸压爆破孔，长度8米。

下帮：距巷道底板0.5米，每间隔5米沿煤层倾角向下帮施工1个卸压爆破孔，长度6米。

2.3 煤层卸压爆破孔用10米煤套钎子打，套钎子每套10根，每根1米。钎子头直径42mm，卸压孔直径42mm。

2.4 卸压爆破孔每孔装药量为3kg（长度6米的为2kg），每5管火药用一个引药、正向装药、孔内并联。

2.5 装药时用六棱钎子杆作炮棍，但前端接一根0.7米长的6分胶管用以绝缘。

2.6 封孔使用3个水炮泥，水炮泥以外用粘土或黄土炮泥封实不得小于1.0米。

2.7 放炮前，工作面所有人员必须全部撤出，并设专人警戒，警戒距离距放炮地点半径不小于150米，躲炮时间不少于40分钟。

3 煤层卸压爆破的形式

煤层卸压爆破是在已确认具有冲击危险的区域或有冲击地压倾向的煤层，通过对煤体实施爆破，以达到解除冲击危险的一种冲击地压防治措施和手段。

煤层卸压爆破按施工作用可分为煤层松动爆破、煤层卸压爆破和煤层诱发爆破三种形式。

3.1 煤层松动爆破是指在煤层尚未形成高应力集中或不具有冲击危险但预测掘进过程可能有冲击危险的煤层实施爆破，以改变煤体的物体力学性质，从而使得煤层冲击危险性降低，避免煤体中弹性能的过于积聚，以防止冲击地压的发生。

3.2 煤层卸压爆破是对已形成冲击危险的区域煤层进行爆破，使煤体中的应力集中程度下降，煤体中支承压力峰值位置向煤体深部转移，从而降低冲击危险性。

3.3 煤层诱发爆破是对具有较高冲击危险性的煤层实施爆破，通过爆破形成的应力波与高应力煤体的应力迭加，进一步增加煤体中的应力集中程度并诱发冲击地压，即通过选择合理的爆破参数、爆破时间和地点，在爆破动应力的作用下，诱发强度可控、较小的冲击地压的发生，从而避免，灾害性、较大的冲击地压的发生。

4 煤层卸压爆破作用机理

4.1 动力作用及效果

4.1.1 爆破的动态过程。爆破是一个极其复杂的动态过程。由钻孔爆破学可知，钻孔中的药卷起爆后，爆轰波就以一定的速度向各个方向传播，爆轰后的瞬间，爆炸气体就已经充满整个钻孔，爆炸气体的超压开始同时作用在孔壁上，压力将达几千到上万Mpa。由于爆破过程是在瞬间完成的，爆炸气体的压力是以冲击荷载的形式作用在孔壁周围的，因此，在煤岩体内必将产生冲击波。随着波阵面离开药包距离的增加，其能量扩散到越来越大的区域中，直到某一区域（约2～5r0、r0为药卷半径）冲击波衰减为应力波。随着传播距离的增加，应力波的能量降低，最后衰减为爆炸地震波。

4.1.2 裂隙形成原理。炸药在煤层钻孔中爆炸后，爆源附近的煤体因受高温高压的作用而压实，强大的压力作用，使爆破孔周围形成压应力场。压应力作用的结果必然引起压缩变形（压应变），使压应力场内煤岩体产生径向位移；在切向方向上将受到拉应力作用，产生拉伸变形（拉应变）。由于煤岩体的抗拉伸能力远低于抗压能力，故当拉应变超过破坏应变值时，就会在径向上产生裂隙。

以上径向裂隙、切向裂隙、剪切裂隙相互交叉、贯通并在爆炸气体的膨胀压力作用，向爆炸孔周围扩展，形成一定的裂隙区域。

4.1.3 动态扰动作用。从以上分析可以看出，炸药爆炸后，爆破孔周围一定区域内必将产生冲击波和弹性应力波。在裂隙区域以内，由于冲击波和应力波的结果使煤岩体产生大量各种裂隙，使煤岩体结构受到破坏。因此，在此区域内可以忽略动态扰动作用。对距离爆破孔较远的区域，即裂缝区以外区域，尽管煤岩体结构没有受到破坏，但由于爆炸引起的应力波的传播，使这部分的煤岩体获得一定的动能，产生一定的动应力。如果该部分的煤岩体在爆破前已处于严重的冲击危险状态下，那么爆破的结果就有可能引起冲击地压的产生，通常称之为诱发爆破，实质上这也是卸压爆破的一种形式或效果。由此可以看出，爆破的动态扰动作用是煤层卸压爆破防治冲击地压的作用之一。

4.2 静态后果

爆破的动态过程是极其短暂的，当爆破的动态过程结束后，爆破孔周围煤岩体将形成三个区域：破碎区（压碎区）、裂隙区（破裂区）以及非破坏扰动区（弹性区），它们依次远离爆腔。煤层卸压爆破后，由于上述各区的出现，必将使煤岩体的承载能力降低，煤岩体的应力重新分布，煤岩体中能量积聚与转移规律发生改变，形成一定的卸压区域，减弱或消除煤体的冲击危险性。

煤层卸压爆破的结果就是改变煤体的静载大小，使之在一定范围内降低到较低水平，不足以引起冲击地压。

5 煤层卸压爆破的优、缺点

优点：对各种生产地质因素均有良好的适应性，施工机具简单，操作方便、实施时间和地点灵活机动，对地质条件和生产条件的要求不高，适合冲击倾向煤层的广泛应用。

缺点：是卸压延续时间较短，很短时间裂隙沉实，应力还原，卸压有效期短，在高应力区域应加强日常监测和及时采用其它的卸压方法（顶板预裂爆破、大孔径煤层卸压孔、煤层注水等）配合。

[1]黄仲文，张德银.高瓦斯突出煤层掘进工作面安全施工的几点做法 [J].矿业安全与环保，2001.12.10.