韓進東
（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）
陷落柱作為一種廣泛存在的地質構造，對工作面的正常回采帶來較大的影響。在綜采工作面遇到非導水陷落柱開采時，由于陷落柱巖體強度較高，開采時常導致截齒磨損嚴重，降低開采效率，而且存在一定的安全隱患。目前，眾多學者對工作面過陷落柱技術進行了大量的研究，主要采用布設刀把工作面、快速搬家、帷幕注漿和超前支護等方式。超深孔擴裂爆破技術可以弱化陷落柱內厚硬巖體，從而提高工作面過陷落柱的效率，降低開采安全隱患，該技術在對鉆孔參數、爆破裝藥量等進行針對性設計，完成一次爆破效率高，可以使工作面安全高效的過陷落柱區域。此次以新景煤礦15226 工作面陷落柱超深孔擴裂爆破工程為研究對象，對深孔擴裂過程中的主要技術參數進行分析，優化爆破參數，并提出了鉆孔偏斜技術措施、深孔鉆孔安全措施、爆破實施與安全管理措施等。
新景煤礦15226 綜放工作面位于蘆北15 號煤采區西部，工作面標高433—492 m，地面標高869—1 028 m，埋藏深度為415～583 m。工作面走向長1 930.5 m，傾斜長212.5 m，面積366 935 m2。東為15025 工作面（已采），南為蘆南風井及采區大巷，西為15308 工作面（未掘），北為蘆北風井及采區大巷。該工作面15 號煤層總厚5.7～7.1 m，平均厚度6.51 m，煤層傾角2°～11°，平均傾角5°。煤體容重1.435 t/m3，工作面采高控制在2.8 m，循環進度0.8 m。
根據礦方探測與提供的相關地質資料，X5 陷落柱長軸112 m，短軸71 m，陷落柱短軸方向被15226 進風巷揭露，其長為45.04 m；
其余的X3 陷落柱長軸40 m、短軸33 m，X4 長軸70 m、短軸45 m，X6 長軸68 m、短軸42 m，且均未被揭露。各陷落柱在工作面相對位置關系如圖1 所示。
圖1 各陷落柱在工作面內相對位置關系Fig.1 Relative position relationship of each collapse column in the working face
2.1 炮孔布孔方式及參數
根據礦方探測與提供的相關地質資料，雖然X5 陷落柱已在綜放工作面順槽內揭露，具備利用大鉆機鉆鑿50 m 的超深孔爆破的條件，但是根據礦方的生產和鑿巖機具的安排，從綜放工作面的空間和時間來看，順槽鉆鑿50 m 炮孔的方案很難實現。因此，對陷落柱采用超深孔擴裂爆破的設計，此次主要是采用從工作面鉆鑿30 m 以內炮孔的擴裂爆破方案。
根據陷落柱在綜放工作面內的位置關系，在陷落柱內沿工作面布置炮孔時，需要注意X5 陷落柱在工作面順槽揭露情況，靠近順槽最外的炮孔需要留足夠的巖柱，以抵抗該炮孔爆破時對順槽的破壞，根據實踐經驗和裝藥直徑的大小，其預留巖柱大于6 m 即可。
（1） X3 陷落柱長軸40 m，短軸33 m，在順槽處未揭露，沿工作面推進方向最大為40 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，不進行分區處理，炮孔長度按資料實際計算，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，其炮孔布置如圖2 所示。
圖2 X3 陷落柱炮孔布置Fig.2 Blasting hole layout of X3 collapse column
（2） X4 陷落柱長軸70 m，短軸45 m，在順槽處未揭露，因沿工作面的推進長度達到了70 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分2 次（2 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，2 區的炮孔大于30 m 時按實際孔深計算，其炮孔布置如圖3 所示。
圖3 X4 陷落柱炮孔布置Fig.3 Blasting hole layout of X4 collapse column
（3） X5 陷落柱長軸112 m，短軸71 m，陷落柱短軸方向被15226 進風巷揭露，其長為45.04 m。因沿工作面的推進長度達到了71 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分3 次（3 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破。
（4） X6 陷落柱長軸68 m，短軸42 m，在順槽處未揭露，因沿工作面的推進長度達到了68 m，按工作面內布置的炮孔長度最大為30 m，則沿工作面推進方向需要分2 次（2 個區） 爆破才能處理完畢，當炮孔長度小于8 m 時就不進行爆破，2 區的炮孔大于30 m 時按實際孔深計算，炮孔布置如圖4 所示。
圖4 X6 陷落柱炮孔布置Fig.4 Blasting hole layout of X6 collapse column
根據單位工作面長度的裝藥量的要求，擬采用φ63 mm×1 000 mm 的裝藥殼體，此次爆破擬選用三級煤礦許用乳化炸藥，每米能裝三級煤礦許用乳化炸藥藥量為3.2 kg 左右，根據理論研究成果計算其爆破擴裂半徑為1.08 m 左右，且考慮鉆孔設備最低鉆孔高度的約束和采高2.8 m 等因素，此次設計在進風巷道內布置2 排“之字形”炮孔，擬取離巷道底板高度1.1 m 的位置布置第一排鉆孔，第二排離第一排炮孔0.5 m 的位置進行布孔，同排孔間距為3.0 m。兩排炮孔布置方案如圖5 所示。
圖5 炮孔的位置關系及參數Fig.5 Position relationship and parameters of blasting hole
2.2 裝藥量及爆破分組
超深孔爆破因單孔裝藥量較大，爆破時產生的爆破震動也很強，為工作面各結構的安全，方案設計采用毫秒微差爆破技術，控制單段爆破總裝藥量。根據試驗確定炮孔長度，在工作面內鉆鑿的炮孔長度超過30 m 的在計算工程量時，按實際炮孔深度計算，沒有30 m 的以見煤收鉆。我國煤礦現有煤礦許用毫秒數碼電子雷管有5 個段別，以逐孔微差并且單段最大起爆藥量不大于120 kg 來進行設計計算，每組起爆的炸藥總量不宜大于600 kg為宜。根據這一原則以及沿15226 綜放工作面各個陷落柱布孔情況，此次過陷落柱的工作面爆破參數見表1。
表1 陷落柱爆破參數及裝藥量Table 1 Blasting parameters and charge quantity of collapse column
2.3 超深孔爆破實施
由于沒有現成的藥包，試驗時必須現場進行加工。加工時，所有的操作人員須事先經過專業培訓，且在爆破員的監督下進行。藥包加工具體操作步驟如下：先將被筒清理干凈，再將其下部通氣孔打開，且把被筒母蓋裝在被筒下部公蓋上；
一人將炸藥封皮縱向劃開，去皮裝入被筒，另一人輕輕震動被筒，確保裝入的炸藥密實無留空隙；
確保被筒裝滿后將其底部母蓋取下，用其封好被筒。封蓋時不可使用鐵器敲打，裝好后放在固定位置，清點好藥卷數目，確保與所需數目相同。此次擴裂爆破殼體結構為PVC 材質，其外徑為63 mm、內徑60 mm，有效裝藥長度為1 000 mm，并且各殼體之間可以通過螺紋連接，如圖6 所示。
圖6 裝藥殼體及其連接Fig.6 Charge shell and its connection
（1） 防突水。由于陷落柱具有一定的導水性，且超深孔爆破單個孔道裝藥接近80 kg，爆破影響范圍更廣，因此，在進行超深孔爆破擴裂前，要防止突水情況的發生。
（2） 爆破的安全措施。采用煤礦許用毫秒數碼電子雷管，雷管總延期時間不得超過130 ms；
起爆地點必須在新鮮風流中，距工作面的距離不得小于300 m；
根據掘進工作面到回風口的距離。爆破后要等20 min 以上才可進入工作面。爆破前應做好設備的掩護和保護工作。
（3） 拒爆的預防及處理。為了避免單發雷管故障導致炸藥拒爆，采用雙回路結構，即將兩發雷管并聯起來。即使一發雷管出現故障，另一發雷管仍然能夠正常引爆炸藥。如果發生起爆網路拒爆情況，放炮員必須先取下鑰匙并摘掉爆破母線，將其扭結成短路狀態，然后沿線路仔細檢查，找出拒爆原因。
新景煤礦15226 工作面已經回采通過X5 和X6 陷落柱，累計推進了98.5 m，歷時22 d，截齒消耗了316 把，平均消耗3.21 把/m，工作面推進速度4.47 m/d。
在15226 工作面附近的15025 工作面，揭露陷落柱未做深孔爆破處理，截齒消耗速度為14.65 把/m，工作面平均推進速度為3.85 m/d。
與未做深孔爆破處理時相比，截齒的消耗速度下降了74.21%，工作面的推進速度提升了16.1%。
通過對新景煤礦15226 工作面地質資料和陷落柱物探資料的分析，得出了使用超深孔擴裂爆破技術通過X3、X4、X5 和X6 四個陷落柱的技術方案，提出了炮孔布置方式及參數。方案在新景煤礦15226 工作面是時候，已經安全順利通過X5 和X6陷落柱，與未做深孔爆破處理時相比，截齒的消耗速度下降了74.21%，工作面的推進速度提升了16.1%，超深孔擴裂爆破技術成效顯著，有一定的推廣價值。
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