煤柱爆破技术在煤峪口矿中的应用研究

贾 明 坤

（大同煤矿集团有限公司煤峪口矿地测科，山西 大同 037041）

410 盘区81004 综采面位于盘区北部，煤层厚度0~4.77m，平均厚度2 m，含有1~2 层的夹石，属于稳定可采煤层，上覆3 号煤层已采空。开采过程中遗留大量的煤柱[1]，使冲击地压的危险增大，导致在下覆开采时，巷道承受压力过大，矿压动力明显，严重影响开采的安全进行；因此，提出采用深孔爆破弱化的方法，对煤柱顶板断裂典型结构进行分析，并施以爆破技术，结果表明，在采用深孔爆破后，顶板的卸压效果明显，为治理煤柱冲击地压提供了借鉴。

1 顶板断裂结构分析

1.1 煤柱上方断裂

在煤柱上方断裂中，断裂性在煤柱上方，影响煤柱和巷道稳定性的主要是A 岩石，在此类结构中，由于煤柱和巷道的支撑结构容易断裂，在经过A 岩石进入到煤柱区域后，其应力超过煤柱和巷道支撑结构的最大限制时，就容易发生冲击地压的危险，其断裂结构如图 1 所示[2]。

1.2 实体煤侧断裂

图2 所示，在实体煤侧断裂中，A 岩石断裂后，实体煤侧上方的顶板与采空区的残留物处于铰接的形式，这样能够在一定程度上将煤柱区的应力降低，但是如果出现回转下沉，就会使巷道的围岩出现很大的变形。

图1 煤柱上方断裂结构图

图2 实体煤侧断裂结构图

1.3 采空区侧断裂

在采空区侧断裂中，A 岩石对煤柱和巷道的稳定性不再那么明显，覆岩可近似的看成是一端固定的悬臂梁，B 岩石主要在实体煤侧的一面作用，这样使得煤柱区的应力降低，此时要对B 岩石到实体煤侧的距离L 进行很好地控制，以免出现再次断裂，由采空区侧断裂变成煤柱上方断裂，导致冲击地压的危险再次增加，其断裂结构如图3 所示。

图3 采空区侧断裂结构图

2 爆破设计方案

2.1 爆破钻孔设计

根据81004 工作面大巷的布置及设备情况，确定钻孔与煤柱的距离为0.7 m，钻孔间距2 m，为了降低冲击地压的危险，2 个钻孔之间相隔1 个空孔，这样可以增大爆破面，使爆破效果更明显。但由于钻孔的机器很难进行垂直钻孔，因此将钻进行倾斜，倾斜角度为15°，倾斜孔深为41.5 m，钻孔直径为75 mm。

2.2 爆破参数设计

1）煤柱炮孔角度。炮孔最小角度为19.30°，最大角度为40.60°，根据相关的工程经验，要使顶板的岩层在回采后能及时垮落，煤柱的炮孔角度在顶板偏转采空区25°方向，因此，此次的爆破炮孔角度确定为与采空区成25°方向。

2）底板爆破炮孔深度。根据岩石可以使碎胀垮落，炮孔的深度要确保在岩石垮落后能使回采空间充满。充分考虑施工及安全系数的影响因素，此次的爆破炮孔深度确定为37 m。

3）炮孔间距。顶板的深孔爆破主要采取柱状药包[3]，根据柱状空腔的膨胀理论，对炸药爆破后的岩体分为弹性和塑性区域，根据岩体和爆源的距离，对爆破后的岩体分为爆破空腔区、破碎区、裂缝区、弹性震动区。爆破空腔区离爆源是最近的，因而半径是最小的，是炮孔扩展后形成的，炮孔间距是由破碎区半径和裂缝区半径决定的。此次爆破选用直径75 mm 金刚石钻头，配套的是二级乳化炸药，其直径为35 mm、长度300 mm、质量300 g，且炸药的密度是1 107.73 kg/m3，爆破速度是3 600 m/s，根据对顶板岩层物理力学参数的测定，得到破碎区的半径是440.19 mm，裂缝区的半径是2 250.93 mm，根据410 盘区81004工作面的条件，顶板为细砂岩，确定顶板爆破的炮孔间距为500 m。

4）炮孔装药量。由于此次选用的是条形药包，装药量是根据装药长度来决定的，采用2 卷并排式将炸药进行捆绑，装药线密度是2.0 kg/m，根据要爆破岩层的厚度、强度等参数，确定单孔装药长度为15 m，单孔装药量为30 kg。将爆筒的接头用胶带固定，并在爆筒管上安装雷管，雷管的母线放在凹糟中，对母线进行保护，通过孔将母线穿出，在雷管上进行标号。

5）封孔。将炸药装好后，根据炮孔的长度对其进行封孔，准备好炮泥，并用炮棍将炮泥送入炮孔，尽量按压紧密，而且将炮泥送入炮孔的长度要小于3 节，最后用黄土封泥来密封，要注意保护母线，不要出现缠绕，让母线保持在孔壁的上面，做好固定。

2.3 爆破方式

此次爆破使用BF-200 起爆器[4]，对其进行装药，然后爆破，选择的炮联线是将炮孔总体串联起来，炮孔内的雷管并联起来，每次爆破的炮孔不超过3 个，爆破先从工作面开始，逐渐向外，且当班的装药炮孔要在当班进行爆破。

3 爆破效果分析

图4 爆破前后裂缝对比图

通过对顶板煤柱的爆破，使煤柱区应力得到转移，从而降低了应力，减小了巷道的变形量，降低了对地压的冲击，确保下层开采的安全可靠。通过上述确定的爆破参数，对81004 工作面上层煤柱进行爆破前后对比，得出结果如图4 所示，从图中可以看出，在爆破前裂缝较小，见图C1处，进行爆破后，在气体和应力波的影响下，出现新的裂缝，见图C2处，可见裂缝的尺寸明显增大。

4 结 论

为了减小下层开采受冲击地压的影响，防止出现煤柱底板断裂现象，提出煤柱深孔爆破弱化方法，通过分析煤柱顶板断裂结构，并对爆破参数和方式进行确定，结果表明：

1）煤柱顶板断裂主要有3 种典型结构，包括煤柱上方断裂、实体煤侧断裂、采空区侧断裂，一旦出现断裂，就会增加冲击地压的危险。

2）根据81004 工作面的具体情况，对爆破钻孔进行设计，并确定相关的爆破参数，炮孔角度为25°，炮孔深度为37 m，炮孔间距为500 m，单孔装药长度为15 m，装药量为30 kg。

3）对顶板进行深孔爆破后，可以看出，爆破后的裂缝明显增多，尺寸增大。在使用该方法后，减小了巷道的变形量，降低了对冲击地压的危险，确保了下层开采的安全进行。