基于煤岩深孔爆破问题的液体炸药研发与技术

杨敬轩，于 斌,，匡铁军，刘长友，李文龙

(1.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116; 2.大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037003)

煤矿开采中为解决采场矿压、无煤柱开采卸压等问题，采取爆炸压裂技术可实现岩体平面裂缝扩展，取得定向爆破效果，有效切断煤岩高应力传载路径，减小采场围岩变形[1-3];低渗透油气藏开发难度大，储层孔隙度小、渗透率低、连通性差，深孔爆炸压裂实现了规模化裂缝网络建设，增加了油气存储及流动通道，在致密油气、碳酸岩盐采矿等方面极具应用前景[4-5]。可见，无论是为了卸压还是增透，不论是生成平面型裂缝还是体积型缝网，岩体爆炸压裂最终就是为了实现体积压裂，取得大规模岩体压裂体积改造效果[6]。

煤岩深孔爆破具有体积压裂效果，孔内炸药爆炸瞬间能量密度大，载荷强度高，但强动载作用持续时间短，后期破岩动力不足，裂缝扩展长度有限，爆破缝网空间小[7];水力压裂具有持续的高压水源动力补给，水力裂缝扩展长度大，但裂缝主要以翼型平面扩展为主，垂直裂缝平面致裂范围有限[8];分段水力压裂技术，通过缩短孔内压裂段距，提高单孔压裂密度，取得了岩体近似体积压裂效果[9-10];液体炸药爆炸压裂技术出现时间早，在19世纪60年代国外就开展了液体炸药工程应用尝试[11-12]，局限于当时炸药生产、性能和工艺等因素，以及伴随水力压裂技术的推广应用[13-14]，液体炸药爆炸压裂研究长时间搁置。近年来，液体炸药技术获得长足发展，炸药性能、用途呈现系列化发展态势，种类达上百种，组分灵活可配可调[15-17]。液体炸药深孔爆炸压裂技术的提出，真正实现了岩石体积压裂，弥补了深孔爆破缝网空间建设不足的缺陷，实现了煤岩体积压裂由“平面型裂缝”向“规模化缝网空间”的转变[18]。

重复爆破是实现岩体工程体积压裂的有效途径。炮孔容易变形破坏，固体炸药难以二次装药，即便能再次装药，由于固体炸药的起爆临界直径大，也难以做到炸药在缝内的正常引爆。液体炸药具有流动性，可以采用泵送方式灌注炸药，解决了岩体大角度深孔装药难题;同时，液体炸药起爆临界直径小，“钻入”裂缝内能正常引爆[19]。炸药缝内起爆能量直接作用于裂缝壁面，在缝尖集中应力导向作用下，裂缝二次动态起裂、传播难度低，缝内过剩爆能容易激发裂缝充分扩展，利于岩体缝网空间建设[20-21]。

常规爆破岩体缝网空间被空气占据，空气介质压缩性强，固体炸药爆轰能量在缝内快速衰减，即便开展单孔二次爆破，岩体裂缝也未必能充分扩展;充水承压爆破技术，采用难以压缩的水介质，减小了缝内传播路径上的能量损失，整个破岩过程趋于静态压裂，但炸药爆炸作用过程持续时间短，缝网再造能力有待进一步提高[22-23];液体炸药爆炸压裂作为承压爆破技术的发展，缝内炸药爆轰能量持续供给，复合单孔重复爆破技术，缝内破岩载荷强度大、持续作用时间长，利于岩体裂缝网络建设[24-25]。可见，煤矿井下爆破是实现坚硬煤岩深孔预裂的有效途径，但在具体工程实践中也经常遇到一些工艺难题:

(1)大角度深孔装药问题。煤矿安全炸药以乳化、水胶、硝铵炸药为主，均以固体形式呈现。大角度深孔内固体装药，药卷易破皮卡药、难固定，装药深度及装药量经常难以满足要求;采用塑料管辅助装药，存在药管固定困难，增加了辅助装药工艺流程。

(2)深长钻孔的封孔问题。钻孔封孔质量决定着深孔爆破效果。普通炮泥较松散，炮泥封堵、固定困难，封孔长度及质量受限，炮孔易发生冲孔现象，降低了炸药爆炸能量利用率，提高了矿井安全爆破风险。

(3)深孔爆破的起爆问题。煤矿井下常规爆破选用电雷管起爆，雷管深孔内起爆存在拒爆风险，炮孔封孔质量越好，孔内雷管拒爆处理难度越大。

综上所述，煤矿井下深孔爆破普遍存在着固体炸药大角度深孔装药、长距离封孔、炸药安全起爆等问题。采用粉状硝铵炸药情况下，孔内炸药爆炸还具有管道效应，孔内装药爆炸不完全，或由爆炸转变为爆燃，增加了爆破安全隐患。液体炸药流动性好、起爆临界直径小，配合煤矿导爆索起爆安全可靠，较好地解决了岩体工程规模化体积压裂、应力夹持、长孔滤失及大角度深孔装药工艺难题。液体炸药爆破基于爆炸波和高温高压气体的综合作用破裂岩体，构建裂缝网络空间，生成的岩石颗粒自支撑裂缝，改善了地层渗透特性，提高了油气储层产量，是一种安全高效、低成本的卸压、增裂、解堵技术[26-27]。目前，关于煤矿用液体炸药研发及其在矿井中的应用鲜有报道[28]。这里以三级煤矿许用水胶炸药配方为基底，率先开展煤矿用液体炸药研发工作，结合大同矿区云冈煤矿具体条件，实践检验液体炸药爆破效果，为性能更加优越的液体炸药研发及煤岩深孔内液体炸药爆破技术应用提供借鉴。

1 煤矿许用型液体炸药研发

液体炸药具有煤岩深孔爆破适用性，目前还尚未见到煤矿用液体炸药研究报道。这里以三级煤矿许用水胶炸药配方为基底[29]，通过除去炸药组分中的胶凝剂和交联剂，改变硝酸甲胺、硝酸铵、硝酸钠等成分配比，研发一种新型煤矿用液体炸药。

1.1 液体炸药配置条件

(1)实验仪器。煤矿用液体炸药配置过程中常用仪器有:恒温水浴、搅拌器、负压真空装置、电子秤、烧杯、量筒、酸碱度测量仪、玻璃搅拌棒、密度计、温度计等，如图1所示。

(2)实验材料。煤矿用液体炸药配置成分选材主要有:86%的高浓度硝酸甲胺溶液、硝酸铵晶体、硝酸钠晶体、瓜尔胶、珍珠岩、亚硝酸钠、十二烷基苯磺酸钠表面活性剂等，如图2所示。

图1 液体炸药配置常用仪器Fig.1 Instruments for liquid explosive configuration

图2 煤矿用液体炸药配置成分选材Fig.2 Material selection for liquid explosive

1.2 液体炸药配置方案

1.2.1液体炸药析晶点温度控制

矿井正常生产适宜温度在25～30 ℃，为保证液体炸药存储及使用期间稳定，不析晶失效，炸药析晶点温度至少应控制在25 ℃以下。为此，实验测试炸药组分及其含量对炸药析晶点温度的影响，见表1。

表1 液体炸药析晶点温度测试方案Table 1 Test solution for crystallization temperature of liquid explosive

按照1.0 kg煤矿水胶炸药中的硝酸甲胺质量m0(g)标准，称取适量高浓度硝酸甲胺溶液水浴加热，直至溶液中的硝酸甲胺晶体完全溶解，测量溶液此时的温度和密度，如图3所示。根据硝酸甲胺溶液密度和温度关系，确定含有硝酸甲胺m0时的溶液总量m1。

图3 硝酸甲胺加热溶解及其溶液密度测试Fig.3 Methylamine nitrate heating dissolution and its solution density test

用3个烧杯分别盛装质量为m1的高浓度硝酸甲胺溶液，置于恒温水浴内溶解保存，记为1，2，3号，如图4所示。

图4 硝酸甲胺溶解及其溶液的恒温保存Fig.4 Methylamine nitrate dissolution and its isothermal storage

(1)水及硝酸铵对溶液析晶点温度影响。根据硝酸甲胺溶液及水胶炸药的含水量，确定煤矿用液体炸药配置中的水添加量为m2，分别加入2,3号烧杯中，如图5所示。

图5 硝酸甲胺溶液加水稀释过程Fig.5 Dilution process of methylamine nitrate solution with water

按照煤矿水胶炸药中的硝酸铵含量标准，量取硝酸铵晶体m3，加入3号烧杯中，搅拌至晶体完全溶解，静置后的溶液呈现透明状，如图6所示。

图6 溶液中硝酸铵晶体的搅拌溶解Fig.6 Dissolution of ammonium nitrate crystal in solution

标定1～3号烧杯试样分别为1-1，2-1，3-1，待3组溶液试样温度降低，烧杯中出现析晶现象时，测量此时的溶液温度，即为溶液析晶点温度，如图7所示。

图7 溶液的析晶现象Fig.7 Crystallization of solution

上述实验完成后，用量筒量取m2的水加入2号烧杯中;再量取m2水和m3硝酸铵晶体加入3号烧杯中，搅拌至晶体完全溶解。测量此时2，3号烧杯溶液的析晶点温度，记为2-2，3-2，如图8所示。

图8 溶液析晶点温度测试Fig.8 Solution crystallization temperature test

继续称取m3硝酸铵晶体加入到3号烧杯溶液中，搅拌至晶体完全溶解，再次测量此时的溶液析晶点温度，记为3-3。

实验测试得到的水及硝酸铵对硝酸甲胺溶液析晶点温度影响，见表2。

表2 水及硝酸铵对溶液析晶点温度影响Table 2 Effect of water and ammonium nitrate on the crystallization temperature of solution

实验测试分析得到，86%的高浓度硝酸甲胺溶液析晶点温度为34.4 ℃;加入m2的水后，溶液析晶点温度降到了15.2 ℃;加水2m2的溶液析晶点温度为14.8 ℃。可见，高浓度硝酸甲胺溶液稀释到一定程度后，溶液析晶点温度逐渐趋于稳定，如图9所示。

图9 水对溶液析晶点温度影响Fig.9 Effect of water on crystallization temperature of solution

液体炸药中的硝酸甲胺为敏化剂，通常选用硝酸铵和硝酸钠作为氧化剂配合使用[29]。实验测试表明，硝酸甲胺溶液析晶点温度对硝酸铵含量并不敏感。伴随硝酸铵组分含量的增加，溶液析晶点温度基本保持在19.3～19.5 ℃，如图10所示。

图10 硝酸铵对溶液析晶点温度影响Fig.10 Effect of ammonium nitrate on crystallization temperature of solution

综上分析，加水稀释后的硝酸甲胺溶液析晶点温度控制在14～15 ℃;添加硝酸铵晶体后的溶液析晶点温度提高到19 ℃左右，仍保持在煤矿井下适宜温度区间。

(2)硝酸钠对溶液析晶点温度影响。硝酸甲胺溶液中添加适量硝酸钠晶体，一方面可作为氧化剂调节炸药组分的氧平衡，另一方面能与溶液中的硝酸铵形成低沸共溶混合物，降低溶液析晶点温度。以煤矿水胶炸药中的硝酸钠质量(m4)为基础，测试分析含有(0.3～1.0)m4硝酸钠对硝酸甲胺溶液析晶点温度影响，如图11所示。

图11 不同硝酸钠含量对应的溶液析晶情况Fig.11 Crystallization of solution corresponding to different sodium nitrate content

以试样溶液3-1配置组分为基底，将0.3m4的硝酸钠晶体加入溶液中搅拌至完全溶解，测试溶液析晶点温度，记为4-1;再加入0.2m4硝酸钠晶体搅拌溶解，测试溶液析晶点温度记为4-2;依此步骤，逐步完成硝酸钠含量(0.65～1.00)m4条件下的溶液析晶点温度测试工作，记为4-3～4-5。得到的硝酸钠含量对溶液析晶点温度影响，见表3。

表3 不同含量硝酸钠对应的溶液析晶点温度Table 3 Crystallization temperature of solution corres- ponding to different sodium nitrate content

伴随硝酸钠质量的增加，硝酸甲胺溶液析晶点温度逐渐增大。当硝酸钠质量大于0.65m4时，溶液析晶点温度发生突变，达到35 ℃以上，不再适应煤矿井下温度环境，如图12所示。

图12 硝酸钠质量对溶液析晶点温度影响Fig.12 Effect of sodium nitrate content on crystallization temperature of solution

由此可知，含有硝酸钠质量是硝酸甲胺溶液析晶点温度控制的敏感因素。根据煤矿井下适宜温度环境，单位质量溶液中的硝酸钠质量应控制在0.5m4以下，对应的硝酸甲胺溶液析晶点温度保持在15.0～16.9 ℃。

1.2.2煤矿用液体炸药密度调节

液体炸药密度对炸药爆炸性能具有重要影响。常用的炸药密度调节方式有物理和化学2种方法，分别采用珍珠岩和亚硝酸钠作为辅助添加剂，如图13所示。

图13 液体炸药密度调节剂Fig.13 Liquid explosive density regulator

实验测试中，分别量取质量为m1的硝酸甲胺溶液2杯，置于水浴中恒温保存，记为4,5号;然后分别加入m2的水、m3的硝酸铵晶体、0.5m4的硝酸钠晶体以及m5的瓜尔胶，搅拌至完全溶解;最后，称取适量的珍珠岩和亚硝酸钠，分别加入4,5号烧杯中，搅拌均匀、静置。采用100 mL量筒盛装混合溶液，置于电子秤上读取质量，计算2种试剂调节下的溶液密度，见表4。

表4 不同配方液体炸药密度Table 4 Liquid explosive density of different formula

亚硝酸钠和珍珠岩2种试剂调节下的液体炸药密度控制在0.9～1.2 g/cm3，满足煤矿炸药常用密度标准。考虑到液体炸药不含胶凝剂和交联剂，珍珠岩密度调节降低了液体炸药中的气泡保存期，最终确定采用亚硝酸钠化学发泡方式调节炸药密度，此时亚硝酸钠及活性剂含量分别为0.15%和0.12%。

1.3 液体炸药性能参数

1.3.1炸药爆速测试

爆速是炸药的基本性能参数，首先开展液体炸药爆速测量工作。参考GB/T 13228—2015工业炸药爆速测定方法，炸药爆速测试原理及WB5-2爆速测试仪，如图14所示。实测得到的液体炸药爆速为3 852 m/s，达到了煤矿炸药安全使用标准。

图14 炸药爆速测试原理及测速仪Fig.14 Explosive detonation test principle and velocimeter

1.3.2其他性能参数

根据液体炸药组分配比，以1.0 kg炸药为基准，确定单位质量液体炸药元素组成及其克原子数，见表5。

表5 单位质量液体炸药元素组成及其克原子数Table 5 Elemental composition and gram atom number of liquid explosive per unit mass

炸药爆炸完全反应条件下，含有金属元素的爆炸化学反应，一般先将金属完全氧化，生成对应的氧化物;再按照B-W规则，将炸药体系中的H氧化成H2O;剩余的氧将C先氧化成CO;再将CO继续氧化为CO2;N元素主要生成N2[16]。根据表5中的炸药元素组成，确定炸药爆轰反应方程式为

1.325CO+2.845CO2+30.755H2O+8.775N2

根据盖斯及Avogadro定律等，以炸药实测爆速为基准，计算分析得到液体炸药的爆炸性能参数，见表6。

研发的液体炸药配方基于煤矿水胶炸药组分改进而来，炸药性能参数均达到了煤矿安全炸药标准。通过改变硝酸甲胺、硝酸铵、硝酸钠等成分配比，取得了炸药零氧平衡，减少了爆破有毒有害气体生成，最终得到一种煤矿用液体炸药配置方案，实现了炸药物理形态上的流动性，如图15所示。

表6 煤矿用液体炸药爆炸性能参数Table 6 Explosive performance parameters of liquid explosive

图15 煤矿用液体炸药配置成品Fig.15 Configuration product of liquid explosive in coal mine

液体炸药主要组分比例接近三级煤矿许用型水胶炸药，因此测试分析得到的液体炸药性能参数与水胶炸药基本一致。三级煤矿许用水胶炸药适用于高瓦斯突出矿井，炸药机械感度极低，如图16(a)所示。液体炸药通过减配用于调和炸药物理形态的辅助添加剂得到，炸药感度变化不大，测试给出的3次撞击感度为0，火焰感度测试，如图16(b)所示。

图16 煤矿炸药感度测试Fig.16 Sensitivity test of coal mine explosives

通过减配水胶炸药中的交联剂和凝胶剂含量，液体炸药物理形态上具有流动性。辅助添加剂虽不参与炸药爆炸化学动力反应，但在一定程度上降低了炸药物理形态的稳定，导致炸药主成分中的硝酸甲胺容易结晶析出，尤其对低温环境较敏感，影响了炸药的贮存和使用。

液体炸药现场爆破测试期间，大同地区时值冬季12月冰雪天气，白天温度低于-10 ℃，夜晚温度甚至低于-20 ℃。液体炸药自生产、运输、爆破前期准备至井下正常测试，前后经历13 d，炸药流动性及均匀度保存较好，如图15(b)所示。可见，即便在低温环境下，液体炸药的稳定期至少保持在13 d。

2 煤矿用液体炸药现场测试

液体炸药地面测试正常，炸药性能参数的实测和理论分析结果均满足煤矿安全炸药标准，进一步开展煤矿井下爆破测试工作。

2.1 现场实施条件

坚硬顶板深孔内液体炸药爆破技术实践选在大同矿区云冈煤矿。为避免新型炸药首次爆破尝试对矿井生产带来影响，液体炸药深孔爆破在矿井12号层406盘区新408轨道巷内开展。该巷属于硬岩废弃巷道，重新开启后发现巷道变形不明显，围岩壁面几乎无破皮，支护结构完整，如图17所示。

新408轨道巷爆破实验段对应矿井406盘区8414工作面停采煤柱保护段，巷道宽度5.4 m，高度为3.3 m，巷道顶底板以砂质岩性为主，上覆厚度约28.5 m的中粒砂岩和粗粒砂岩，岩层结构完整，岩性坚硬致密，如图18所示。

图17 重新开启的新408轨道巷Fig.17 New 408 track roadway reopened

液体炸药爆炸压裂技术实践目的在于测试炸药的起爆性能及破岩效果，爆破孔深度选择2.5和8.0 m两种类型。爆破实践主要器材，如图19所示。

图18 液体炸药现场测试条件Fig.18 Field test condition of liquid explosive

图19 煤矿用液体炸药爆破实践器材Fig.19 Blasting practice equipment of liquid explosive in coal mine

图21 液体炸药起爆性能测试装药Fig.21 Charge test of liquid explosive

2.2 工程实践及效果

2.2.1液体炸药起爆性能测试

首先开展液体炸药在孔内的起爆性能测试。采用地质钻机在新408轨道巷靠煤柱侧钻孔，深度2.5 m，孔径65 mm，仰角85°。钻孔布置方式，如图20所示。

液体炸药单卷长度400 mm，药卷直径35 mm，单卷药量为700 g。取两卷液体炸药捆绑导爆索后塞入孔内，装药长度800 mm，如图21所示。采用膨胀水泥药卷封孔，封孔长度1.0 m。

导爆索连接8号电雷管塞回孔内封堵，人员撤离后引爆，实验测试液体炸药在孔内能正常起爆。采用窥视仪观测钻孔爆破前后孔壁围岩破裂情况，如图22所示。

对比液体炸药爆破前后相同孔位的孔壁围岩破裂情况，确定液体炸药能用导爆索正常起爆，炸药威力满足煤矿炸药性能要求，能顺利压裂钻孔硬岩;钻孔装药段(1.7～2.5 m)的爆破致裂密度大，裂缝分布均匀，主次裂缝区别不明显;装药段以外孔壁裂缝密度减小，由均匀分布状态逐渐演化成3～4条主裂缝向孔口方向延展。

2.2.2煤矿安全炸药性能对比实验

前述实验测试得到液体炸药能在孔内正常引爆，为此继续开展坚硬顶板深孔内的液体炸药、水胶炸药、乳化炸药爆破对比实验。其中，三级煤矿水胶炸药筒径为62 mm，单筒药量为1.5 kg;三级煤矿乳化炸药直径32 mm，单卷长度400 mm，质量为0.4 kg，如图23所示。

为适应水胶炸药装药条件，坚硬顶板钻孔直径调整为70 mm，钻孔深度8.0 m，仰角85°，钻孔间距1.0 m，每孔装药约4.5 kg。液体炸药、水胶炸药单卷逐个装药，乳化炸药2卷捆成一束进行装药，如图24所示。

采用膨胀水泥药卷封孔，封孔长度为3.0 m，煤矿安全导爆索全长起爆。3孔同时引爆后，窥视孔壁围岩破裂效果，如图25所示。

图22 液体炸药孔内爆破前后围岩破裂情况Fig.22 Surrounding rock fracture before and after the liquid explosive blasting

图23 煤矿安全炸药类型Fig.23 Safety explosive types in coal mine

图24 炸药装药过程Fig.24 Charging process of coal mine explosive

图25 3种煤矿炸药破岩效果Fig.25 Rock-breaking effect of three explosives in coal mine

与1.4 kg液体炸药孔内爆破相比，4.5 kg液体炸药爆破效果更明显，孔壁裂缝开口尺寸显著增大;相同装药量情况下，液体炸药和乳化炸药孔内爆炸压裂效果相似，孔壁致裂密度大，裂缝分布均匀，说明液体炸药爆炸威力达到了煤矿安全炸药性能标准;水胶炸药受药筒护壁作用影响，孔壁致裂密度小，以主裂缝扩展为主，但水胶炸药威力大，钻孔局部有塌孔堵塞现象。

2.2.3液体炸药配合聚能管定向爆破

前述实验主要检测煤矿用液体炸药爆炸性能，以坚硬顶板单孔爆炸压裂测试为主。煤矿实际生产过程中，经常遇到岩体裂缝平面压裂需求，考虑液体炸药能均匀流动、传爆性能好，不受盛装容器形状限制，配合定向爆破聚能管可以实现管内全耦合装药，取得良好定向爆破效果。为此，继续开展煤矿坚硬顶板定向爆破技术实践，采用液体炸药定向爆破聚能管，如图26所示。

在矿井新408轨道巷靠近煤柱侧300 mm位置，沿巷道轴向钻设单排钻孔3个，分别记为1,2,3号，其中2号为爆破孔，孔间距为0.6 m。液体炸药配合聚能管定向爆破，钻孔长度为2.5 m，仰角85°，单孔装药1管，单管装药量1.5 kg，聚能管长度0.5 m，管径62 mm。聚能管内液体炸药引爆后，钻孔窥视孔壁裂缝扩展情况，如图27所示。

图26 爆破聚能管及其井下装药Fig.26 Jet blast tube and its underground charging

图27 液体炸药聚能爆破效果Fig.27 Blasting effect of liquid explosive

与1.4 kg袋装液体炸药爆破裂缝形态不同，1.5 kg的液体炸药配合聚能管定向爆破，孔壁致裂密度小，但裂缝开口尺寸大，以3～5条爆生裂缝为主，自孔底向孔口延伸。分析原因在于，液体炸药作为均匀连续介质，在定向聚能管内能实现全耦合对称装药，导爆索自药管中心引爆，爆炸波径向等速传播，于聚能槽中心对称面位置实现正碰，聚能切缝效果显著，炸药爆轰能量主要伴随导向裂缝的扩展而耗散;聚能管其它方位由于受到管材护壁作用以及缺乏裂缝导向影响，孔壁破裂范围有限。

综上分析，液体炸药配合聚能管定向爆破效果良好，实现了孔壁围岩的非均匀加载。聚能切缝诱导炸药高爆能主要用于导向裂缝的充分扩展，爆生裂缝容易贯穿孔口壁面连通1和3号观测孔，如图28所示。

生产实践中，炮孔延米装药3.0 kg条件下，孔壁围岩裂缝扩展长度0.3～0.5 m。液体炸药配合聚能管定向爆破切缝，采用1.5 kg炸药就能取得0.6 m间距硬岩的平面造缝效果。

图28 液体炸药聚能爆破裂缝在孔口贯穿Fig.28 Crack run through the roadway surface adopting the liquid explosive concentrated blasting

3 液体炸药深孔爆破技术优点

工程实践中采用的液体炸药物理形态上具有流动性，8号电雷管能可靠起爆，炸药机械和火焰感度低，使用安全性高，爆炸威力接近常规炸药。原因在于，该炸药是基于三级煤矿许用水胶炸药成分的二次开发，影响炸药性能及安全性的组分比例未做大的改变。既保障了液体炸药在现场测试中的安全性，又能说明液体炸药在煤矿深孔爆破中具备广阔应用前景，同时还为性能更加优越的液体炸药品类研发提供借鉴。除此外，在煤矿爆破工艺方面，液体炸药深孔爆破技术优点体现在:

(1)液体炸药具有流动性，炸药感度接近煤矿水胶炸药标准，可以采用泵送方式孔内注药，降低了固体炸药深孔装药难度;孔内泵注液体炸药，不受装药长度限制;钻孔提前封堵，工序单一，封孔质量容易保证，一次性解决了大角度深孔装药及长距离封孔难题。

(2)液体炸药起爆临界直径小，“钻入”岩体裂缝内能正常起爆，为岩体单孔重复爆破提供了条件。钻孔深部三向应力夹持作用强，深孔围岩以变形破裂为主，少有坍塌(图29)。液体炸药缝内起爆利于岩体缝网空间建设，体积压裂效果显著，解决了炸药一次爆破致裂范围受限问题。液体炸药单孔内重复爆破为致密油气储层的高效致裂和增透也提供了技术途径。

图29 深孔爆破孔壁围岩变形破裂特征Fig.29 Deformation and rupture characteristics of drilling in deep hole blasting

(3)液体炸药作为均匀连续介质，传爆性能好，孔内全耦合装药爆破不存在管道效应，配合煤矿安全导爆索全长引爆，既强化了煤岩深孔柱状装药爆炸威力，又解决了炸药的可靠起爆问题，杜绝了深孔拒爆现象。

(4)针对坚硬煤岩定向爆破需求，配合专用爆破聚能管件，液体炸药管内装药不受管材形状限制，药液与管壁间无缝耦合，利于实现爆炸冲击波在既定方向上的精准碰撞，促使聚能管件真正发挥聚能爆破定向切缝作用。

需要说明的是，限于煤矿井下煤安泵注装备的使用条件，本次工程实践主要用于测试炮孔内液体炸药的起爆可靠性、深孔内药液爆炸性能及其破岩效果，亟待开展深孔长距离的液体炸药泵注测试。

4 结 论

(1)针对煤岩深孔爆破技术工艺难题，提出了坚硬煤岩深孔内液体炸药爆炸压裂技术。基于液体炸药的流动性和小临界直径起爆特点，解决了岩体大角度深孔装药难题，为岩体单孔重复爆破提供了条件，利于岩体缝网空间建设，体积压裂效果显著。

(2)以三级煤矿水胶炸药配方为基底，除去炸药组分中的胶凝剂和交联剂，通过改变硝酸甲胺、硝酸铵、硝酸钠等成分配比，得到一种煤矿用液体炸药配方。实验测试液体炸药析晶点温度为15.0～16.9 ℃，密度为1.2 g/cm3，炸药爆速等性能参数均达到了煤矿安全炸药标准。

(3)坚硬顶板爆炸压裂工程实践中，测试了煤矿用液体炸药的起爆性能，对比分析了液体炸药、水胶炸药、乳化炸药深孔爆炸压裂效果。液体炸药威力大，满足煤矿炸药性能要求，破岩效果显著，配合专用聚能管使用可实现大间距硬岩钻孔的定向切缝。