煤层卸压爆破在冲击地压厚煤层掘进巷道施工的作用

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[摘要]本文论述了煤层卸压爆破的形式及煤层卸压爆破作用机理，煤层卸压爆破的参数和煤层卸压爆破的优、缺点的分析。

[关键词]冲击地压煤层松动爆破煤层卸压爆破煤层诱发爆破中图分类号：td324 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-0306-01

正文：

冲击地压是煤矿开采过程中，井巷或工作面周围煤岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。

龙煤鹤岗分公司峻德煤矿位于鹤岗市区南端，是一个具有水、火、瓦斯、煤尘、冲击地压等多种自然灾害威胁的矿井，地质条件较为复杂。随着生产水平的下移，第3水平是目前的主要生产水平，回采工作面采深达700m，开拓深度达800余米。随着开采深度不断的增加，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。

一、工作面概况

位于三水平北17层三、四区一段掘进工作面，掘进巷道采用锚网索支护，巷宽6.0m、巷高3.8m顺山梯形巷道，沿顶板施工；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。

二.采用煤层卸压爆破方式及参数

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.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。

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。

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。

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。

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。

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。

三、煤层卸压爆破作用机理

1.动力作用及效果

（1）爆破的动态过程

爆破是一个复杂的动态过程。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，压力将达几千到上万兆帕。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2～5倍r0、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。

（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。在不同方向上，由于质点位移不同，各个方向的阻力也不同，因此，必然产生剪切应力。如果剪切应力超过该处煤岩体的抗剪强度，煤岩体则产生剪切破坏，形成径向剪切裂隙。

（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。

综上所述，可以认为，爆破的动力作用主要有两点：一是使爆破孔附近一定范围的媒体产生裂隙，其结构产生改变；二是对远离爆破孔的煤岩体产生动态扰动或者引起诱发冲击。

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。

四、煤层卸压爆破的优、缺点

1.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。

2.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。