钻孔预裂爆破控制卸压防突技术应用

2012.No7

提 要 由于平宝公司首山一矿煤层埋藏深，瓦斯含量、压力大，煤层赋存不稳定，地质构造复杂，地应力大，出现煤与瓦斯突出危险性很大，严重制约着矿井安全生产，直接危及职工的生命安全。钻孔预裂爆破控制卸压防突技术的应用，为首山一矿解决防突缓解采掘接替紧发挥重要作用。

关键词　预裂爆破 控制卸压 抽放效果 防突及冲击地压

1 地质概况

平宝公司首山一矿己15－12010工作面位于己二采区上部，标高为-660～-680m，埋藏深度为790～810m。其上部为戊9－10煤层未开采，下部间隔1～6m为己16－17煤层。该工作面所采煤层为己15煤层，煤层结构单一，厚度一般在2.91～4.71m，平均3.50m。该工作面紧邻白石山背斜，煤层倾角变化较大，机巷到白石山背斜轴部坡度一般为11°左右变为平缓。采面断层裂隙发育，顶板岩石破碎，岩体完整性差，大部为Ⅲ～Ⅳ类,局部为Ⅱ类。

己15煤层瓦斯压力大为2.1MPa、煤层瓦斯含量为17.5m3/t。矿井建井期间，分别于2006年3月1日、2006年8月1日在己16－17和戊9－10煤层发生两次瓦斯动力现象。

2 预裂爆破原理

2.1 单孔的卸压增透机理分析

在爆炸冲击波和应力波的直接作用下，装药周围的煤体中将形成空腔区，压碎区，裂隙区和震动区（如图1）。在压碎区和裂隙区内形成了辐射状的径向裂隙和圆环状的切向裂隙，一方面中断或减弱了围岩中径向和切向应力的传递，降低了围岩的应力，有利于瓦斯的解吸，另一方面增加了炮孔附近煤体的透气性，为游离瓦斯的抽放创造了条件。在震动区内，虽然没有形成可见的宏观裂缝，但爆生气体产生的准静态应力场使煤体中原有的微观孔隙(裂纹)发生了损伤，煤体储存的弹性变形能部分得以恢复，应力水平趋于下降，瓦斯变得易于抽放。

2.2　控制孔的作用分析

当压缩粉碎圈形成以后，冲击波衰减成为应力波，并以弹

钻孔预裂爆破控制卸压防突技术应用

刘付俊

（平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南 平顶山 467091）

性波的形式向介质周围传播，虽然其强度已经低于煤岩体的极限抗压强度，不足以产生压坏，但是由于煤岩体的抗拉强度远远小于其抗压强度，所以当应力波产生的伴生切向拉应力大于煤岩体的抗拉强度时，则岩石即被拉断，形成与岩石破碎区贯通的径向裂隙，随着应力波的继续传播，其强度也继续衰减，因为应力波的传播速度大于裂隙的传播速度，所以当应力波的峰值衰减到小于岩石的强度时，已经形成的裂隙仍然继续扩展着，当应力波传播到控制孔孔壁时，立即发生应力波的反射；由于控制孔反射产生的拉应力波以及强间断波阵面后方的弱间断波造成的拉应力的共同作用，使得在沿着爆破孔与控制孔连心线方向上的控制孔边缘也产生了裂隙，并沿着连心线方向上与爆破孔产生的径向裂隙相贯通。因为发生在控制孔方向的裂隙要比其他方向的裂隙要早，所以沿着连心线方向的裂隙限制了其他方向裂隙的产生和扩展；结果沿着爆破孔与控制孔的连心线处产生一贯通裂隙面。所以在这个意义上说，控制孔是径向裂隙的向导。

2.3 穿层控制爆破卸压裂隙带的形成

穿层控制爆破就是炸药在穿过岩层后在煤体内爆破，产生的应力波和爆生气体在爆破近区产生压缩粉碎区，形成爆破空腔，煤体固体骨架发生变形破坏，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)，空腔壁上部分原生裂隙将会扩展、张开。应力波过后，爆生气体产生准静应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，与煤层中的高压瓦斯气体共同作用于裂隙面上，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙

进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉裂隙网。再加上控制孔的作用，形成反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向和环向裂隙进一步扩展，大大增加了裂隙区的范围，由于爆炸应力场的扰动，原生裂隙的瓦斯将作用于己产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔的周围形成包括压缩圈、径向和环向裂隙交错的裂隙及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网。

根据预裂爆破原理，在机巷高抽巷道内每8m向己15－12010机巷打穿层钻孔进行预裂爆破。爆破孔超前己15－12010机巷掌子头60m。

己15－12010机巷高抽巷位于机巷上方岩层中，距离机巷：设计垂距10m，平距20m。巷道中心高度2.8m，宽度3.6m，

工作面采用锚杆支护。钻孔开孔高度为0.7m。钻孔参数具体布

作者简介：

刘付俊（1974—），男，河南南阳人，2001年毕业于平顶山市工业职业技术学院，现任平顶山天安煤业股份有限公司六矿开拓一队党支部书记，主要从事煤矿井下开拓掘进施工的现场管理工作。

置见图3，钻孔参数俯角27°，见煤点孔深21.6m，过煤段长度11m,孔深32.6m。

3 爆破钻孔布置

(1)钻机采用Φ50mm钻杆，Φ89mm的钻头。

(2)爆破钻孔布置参数可根据现场煤层赋存情况及时调整施工

4 实验

（1）预先打好观测孔后，按测试要求测定孔中瓦斯流量和瓦斯浓度。

（2）打好爆破孔，并将孔内钻屑吹干净，保证装药不受阻碍。

（3）装药工艺见图4。

（4）退出实验钻孔中的钻杆。

（5）立即将装好炸药及雷管的药管装入钻孔中见图5。

（6）封孔：套管中灌沙子进行封孔，在距孔口1至1.5m处，用黄土进行封孔，同时将炮线引至炮孔外并留有足够的长度。

（7）放炮。

（8）观测并记录观测孔孔内瓦斯的流量变化情况。具体观测及记录方法见表。

5　爆破前后效果分析

在高抽巷具有代表性的爆破孔两边相临处打观察孔，测定观察孔在爆破前和后的瓦斯浓度和流量，并结合己15－12010机巷煤层强度、巷道外口瓦斯变化、效检指标及工作面进度等参数进行分析比较。

（1）掘进工作面放炮前后的瓦斯浓度变化是在未进入穿层控制爆破区放炮前0.14%～0.21%，放炮后0.3%～0.40%；在进入穿层控制爆破区，放炮前0.05%～0.08%，放炮后0.15%～0.26%。

（2）煤层、顶板及打钻、预兆及打钻情况比较，未进入穿层控制爆破区的煤层顶板完整，煤层整体破碎，硬度低；工作面在施工过程中煤炮声频繁，打钻时夹钻、喷孔现象严重。打钻速度两个小班打完工作面措施孔；进入穿层控制爆破区的煤层顶板有裂隙，工作面上部煤层软（1.1m），下部煤层变硬，工作面在施工过程中煤炮声减少，打钻时夹钻次数减少。一个小班打完工作面措施孔。

（3）穿层控制爆破区域前后效检参数分析统，进入穿层控制爆破区之前，q=0.4～6.0L/min ，S=2.0～8.0 kg/m；进入穿层控制爆破区，q=0.2～2.4 L/min，S=1.8～3.4 kg/m（注：q≥4 L/min有突出危险，S≥6 kg/m有突出危险）。

（4）控制爆破区域前后工作面进尺情况，未进入穿层控制爆破区每月进40～50m；进入穿层控制爆破区每月进尺70～80m。

6 结论

己15－12010机、风巷高抽巷实施深孔松动爆破后，两条高抽巷穿层钻孔的抽放瓦斯浓度、流量明显提高，机、风巷掘进工作面地应力降低，顶板裂隙增大，煤层瓦斯含量和压力降低，煤层变硬，打钻速度加快，突出预兆减少，加快了掘进速

度，为公司缓解采掘接替，瓦斯区域治理提前做好准备。

2012.No7