摘要：朱庄煤矿受火成岩侵蚀严重，直接影响到资源回收和生产接替，针对这一问题，该矿在火成岩侵蚀范围内，采用深孔爆破的方法弱化火成岩，降低爆破作用区域的岩石强度，提高工作面推进距离，达到增产提效的目的。试验结果表明，爆破后采场内侵蚀的火成岩破坏效果明显，强度明显降底，达到了预期目的。
关键词：深孔爆破；火成岩侵蚀；弱化岩石强度
1．深孔爆破的作用机理
爆破理论认为，埋入无限岩石中的炸药爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播。在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸。当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波的传播而扩展。当应力波衰减到低于介质抗拉强度时,裂隙便停止扩展。在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中；由于气体的尖劈作用，裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展,爆生气体膨胀，气体压力迅速降低；当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙。径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称为裂隙区。当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，而只能使介质质点产生振动，以地震波的形式传播，直至消失。
2．工程概况
朱庄矿Ⅲ5414工作面可采走向长1150m，倾斜宽208m；平均煤厚3.0m，年生产能力在120万吨左右，已经接近停采线。在机巷5号点附近为火成岩侵蚀区，侵蚀范围走向长50m，倾向约长20m，如图1所示。由于火成岩的硬度较高，采煤机将无法通过，若提前收作，预计损失近3.9万t煤炭资源，为保证我矿产量不受影响，提高资源回收率以及5煤层的接替，需要提前采取措施，针对该面机巷火成岩侵蚀段进行探查，确定影响范围，在合理的范围内我们提前进行爆破。经过认真组织，我们确定了走向长50m，倾向约长20m的爆破范围，在实际生产过程中制定出了一套适合现场实际情况且爆破有效地方案。
图1 Ⅲ5414工作面火成岩侵蚀区平面图
3．爆破分析
3.1 松动爆破裂隙半径计算
本次研究拟对岩层实施大直径深孔松动爆破，根据爆轰理论和应力波理论，松动爆破裂隙扩展半径一般按下式计算：
（1）
式中 ——裂隙扩展半径；
——应力波初始径向应力峰值，；
——泊松比，取0.3；
——应力波衰减值，=1.57；
——炸药爆速，取3200m/s；
——炸药密度，取1100kg/m3；
——药卷半径，现场拟采用特制药卷直径Φ63mm，=0.063/2=0.0295m；
——炮眼半径，炮孔直径设计为Φ75mm，=0.075/2=0.0375m；
——岩体抗拉强度，取8MPa；
——压力增大系数，8～11；取10。
带入各值，计算得松动裂隙半径=1.02m。
3.2工作面岩石松动爆破设计
为对工作面岩石进行松动爆破，深孔松动爆破作业（钻孔、装药等）在机巷内进行。深孔松动爆破设计主要包括选择爆破器材，确定炮孔深度、炮孔直径、钻孔方向、炮孔数目、炮孔布置、装药参数等。
爆破作业前，应首先测定被爆岩石的物理力学性能（初步按坚固性f=10设计）。先行少量炮孔试验，验证炮孔间距和炮孔堵塞长度的合理性。试验后应进行钻孔取岩心，检验爆破效果，根据岩心检验效果，优化爆破参数。
3.3 钻孔机具和爆破材料
采用高性能大功率钻机实施深孔松动爆破的钻孔工作，为增强破岩作用，设计采用三级安全水胶炸药，为特制炸药药卷。1～5段毫秒延期电雷管。钻凿装药炮孔直径Φ60mm；药卷直径为Φ40mm，长度为1.0m，每卷重1.5Kg。
3.4炮孔深度和钻孔倾角
炮孔深度设计为10m，实际深度根据火成岩侵入煤层倾向的范围确定。钻孔倾角一定要使炮孔处在要求松动破碎的岩石内。钻孔质量对松动爆破效果影响很大，因此，要严格控制，确保钻眼深度和倾角。
3.5 炮孔数目及布置
为减少爆破震动对周围工作面和巷道的影响，一次起爆的炮眼数目不宜太多，控制在4个以内，并用五段雷管分段起爆。根据回采高度，沿机巷上帮设计三排炮孔，每孔装药不大于8卷，封泥长度不小于3.0m。爆破参数及布置图见表1、图2。
表1 爆破参数
排数 倾角/º 孔深/m 间距/m 排距/m 装药/m 堵塞/m
一排孔 11 10 1.0 8 2.0
二排孔 8 10 1.0 0.8 8 2.0
三排孔 3 7 1.0 0.8 5 2.0
4．结论
该项工程实施后效果十分显著，目前该面已经顺利推进至该爆破区域，推进速度较为理想，截至目前未影响我矿产量。通过此次技术研究，让我们具体确定了超前深孔预裂松动爆破方案及合理参数，并制定了相应的爆破安全措施，以及针对该情况要实施的支护要求。该项目的成功，为我矿多回收煤炭资源近3.9万t，直接经济效益1560余万元。其次，该项目直接有效的延缓了5煤工作面接替紧张的局面，经济社会效益可观。
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