摘  要：為了在垂深1 100 m、具有嚴(yán)重煤與瓦斯突出和沖擊地壓危險(xiǎn)的煤層進(jìn)行安全快速掘進(jìn)，  消除沖擊地壓和煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，應(yīng)用巷道鉆孔松動(dòng)爆破卸壓技術(shù)。通過對沖擊地壓發(fā)生機(jī)理和  鉆孔松動(dòng)爆破卸壓理論分析，研究了深井煤層卸壓原理，確定了巷道鉆孔松動(dòng)爆破卸壓技術(shù)參數(shù)和  施工工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：利用瓦斯抽排巷道對掘進(jìn)煤層進(jìn)行打鉆和松動(dòng)爆破，在一定范圍使突出  煤層卸壓、排放瓦斯，可使原始高地應(yīng)力場發(fā)生改變，并沿巷道掘進(jìn)方向向前方煤體和巷道兩幫深  部轉(zhuǎn)移，同時(shí)提高煤層透氣性，使高壓瓦斯加速排放，減少了突出勢能，有效防治煤與瓦斯突出和  沖擊地壓。  
關(guān)鍵詞：掘進(jìn)巷道；沖擊地壓；松動(dòng)爆破  
沖擊地壓是指在巷道掘進(jìn)過程中，當(dāng)承受高應(yīng)的瞻I生煤體或巖體極限平衡遭到破壞時(shí)，向自由三聞突然釋放能量的動(dòng)力現(xiàn)象。它是一種嚴(yán)重威脅喜礦安全生產(chǎn)的動(dòng)力災(zāi)害，具有突發(fā)性和巨大的破  
E性。平煤天安十二礦目前的開采深度已達(dá)到100 m，標(biāo)高一775 m，隨著礦井開采深度的加大．開采條件和自然環(huán)境發(fā)生顯著變化，出現(xiàn)了高塑應(yīng)力、高瓦斯、低滲透性和低強(qiáng)度煤體的現(xiàn)象，  
爭擊地壓及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對安全生產(chǎn)造 曼了嚴(yán)重威脅，如2005年6月29平煤天安十二礦三三水平回風(fēng)下山發(fā)生一次沖擊型動(dòng)力現(xiàn)象，拋出煤量約44 t，涌出瓦斯約1 280 m。，噸煤平均涌出瓦斯約29．1 m。。前探梁有后縮現(xiàn)象，所用輸送機(jī)機(jī)尾壓柱被摧斷。這種特殊動(dòng)力現(xiàn)象給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響，并且隨著掘進(jìn)深度的不斷增加，這種威脅將愈加嚴(yán)重。  
    
為了有效防治掘進(jìn)期間掘進(jìn)工作面的沖擊地壓與瓦斯突出問題，國內(nèi)外煤炭科研人員進(jìn)行了較為  
廣泛的研究，先后試驗(yàn)了多項(xiàng)卸壓、消突技術(shù)措 施，并取得了一定的消突效果。如開采保護(hù)層、區(qū)域性瓦斯預(yù)抽、超前鉆孔、深孔注水、水力沖孔、水力割縫、深孔松動(dòng)爆破和深孔控制爆破等。

為了保證十二礦三水平以后回采準(zhǔn)備過程中的正常安全施工，根據(jù)平煤十二礦己，，一31010工作面地質(zhì)條件，在頂板高位瓦斯抽排巷道內(nèi)向有沖擊地壓傾向的掘進(jìn)巷道布置一排俯角斜孔，終點(diǎn)直達(dá)掘進(jìn)巷道底板內(nèi)，實(shí)施鉆孔松動(dòng)爆破，使巷道周圍在前進(jìn)中卸壓，從而達(dá)到防治沖擊地壓和防突的目的。
1  掘進(jìn)巷道沖擊地壓發(fā)生機(jī)理分析 
    三水平回風(fēng)下山布置在己，，煤層之中，揭露層位標(biāo)高在一590～一820 m，該工作面煤層賦存較穩(wěn)定。正常煤層為原生結(jié)構(gòu)煤，煤的破壞類型為II～I(xiàn)II類，局部為Ⅳ類，煤層節(jié)理比較發(fā)育，煤層瓦斯含量約18～25 m3／t，掘進(jìn)過程中絕對瓦斯涌出量約1．7～4 m3／min。在巷道掘進(jìn)到距開口570m位置時(shí)，由于受煤層頂板數(shù)條裂隙的影響，形成突出條帶，造成瓦斯相對富積，突出危險(xiǎn)性增大，三水平回風(fēng)下山巷道掘進(jìn)位置處于瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)。但從突出發(fā)生前瓦斯及突出檢驗(yàn)、突出發(fā)生過 程、突出現(xiàn)場(無)風(fēng)流痕跡、突出發(fā)生后瓦斯涌出量的變化，以及動(dòng)力現(xiàn)象引起的巷道圍巖變形破壞特征表明，該次動(dòng)力現(xiàn)象不是一次普通的煤與瓦斯突出。

該次動(dòng)力現(xiàn)象位置，具備很高的原巖應(yīng)力，巷道頂板為較堅(jiān)硬的厚層砂質(zhì)泥巖，煤層干燥呈脆 
性；己，，煤層瓦斯壓力為2．85 MPa；在高原巖應(yīng)力作用下，煤巖系統(tǒng)積聚大量彈性能，處在掘進(jìn)面處的煤體在頂?shù)装鍘r層的高應(yīng)力作用下，煤層中的高瓦斯壓力使煤巖體三軸強(qiáng)度被消弱，具有高瓦斯壓力的煤體，使得受壓失穩(wěn)極限值隨之減小，另外，掘進(jìn)面圍巖應(yīng)力狀態(tài)的改變和抵抗能力的降低，使巷道圍巖系統(tǒng)處于極限平衡狀態(tài)，在爆破動(dòng)載擾動(dòng)力作用下，必然導(dǎo)致了動(dòng)力現(xiàn)象。在這次動(dòng)力現(xiàn)象中，可以明顯看出，地應(yīng)力和沖擊地壓因素起主導(dǎo)作用。與單純的動(dòng)力現(xiàn)象相比，復(fù)合型動(dòng)力效應(yīng)可能更強(qiáng)、更猛烈。如震動(dòng)、聲響、動(dòng)態(tài)過程演化可能連續(xù)數(shù)次(本此發(fā)生的沖擊型突出在躲避硐室的工人聽到連續(xù)3次脆性聲音)。因此，從條件上判斷，該段巷道符合發(fā)生沖擊地壓和煤與瓦斯突出的充要條件。從動(dòng)力現(xiàn)象前后的現(xiàn)象判斷，符合沖擊地壓和煤與瓦斯共同作用下的復(fù)雜礦井動(dòng)力現(xiàn)象的典型特征。如上述的發(fā)生事故前巷道頂板連續(xù)斷裂、事故導(dǎo)致的巷道頂?shù)装寮皟蓭偷拿黠@變形，部分錨索失效、金屬網(wǎng)和梯子梁嚴(yán)重變形，動(dòng)力現(xiàn)蔓后煤與瓦斯的變化情況等。

根據(jù)上述分析，綜合沖擊地壓和瓦斯兩種因素，可將本次動(dòng)力現(xiàn)象定義為：高應(yīng)力作用下，以沖擊地壓為主導(dǎo)，沖擊地壓和煤與瓦斯共同作用的復(fù)雜礦井動(dòng)力現(xiàn)象。也可將其稱為“沖擊地壓主導(dǎo)型煤與瓦斯突出”或“沖擊主導(dǎo)型突出”，簡單的也可以稱為“沖擊型突出”。 
2沖擊地壓防治技術(shù)原理 
2．1  鉆孔松動(dòng)爆破卸壓機(jī)理 [2-3]

當(dāng)炸藥在特定鉆孔內(nèi)爆破時(shí)，產(chǎn)生高壓沖擊波和爆生氣體，致使炮孔周圍巖石過度粉碎，擴(kuò)大炮孔形成空腔，即產(chǎn)生壓縮粉碎圈。之后，沖擊波以應(yīng)力波的形式向四周放射傳播，當(dāng)傳播至控制孔時(shí)，就產(chǎn)生應(yīng)力波的完全反射，導(dǎo)致在爆破孔與控制孔連心線方向產(chǎn)生集中拉應(yīng)力，從而在連心線方向開裂。然后，高壓爆生氣體以靜態(tài)壓應(yīng)力場作用于裂縫表面，使得連心線方向上又形成靜態(tài)壓應(yīng)力集中，致使開裂縫能夠繼續(xù)擴(kuò)展，最終在連心線方向形成貫通裂縫。因此，深孔控制卸壓爆破的結(jié)果是在爆破孔周圍產(chǎn)生一柱狀的壓縮粉碎圈，以及貫通爆破孔與控制孔的爆破裂縫面。

深孔控制卸壓爆破后，引起工作面前方巖體應(yīng)力突然重新分布，導(dǎo)致上覆圍巖壓力發(fā)生變化，在爆破裂縫面處產(chǎn)生煤巖體的剝落片及次生裂縫面并把巖體分成2層或多層。爆破裂縫面、壓縮粉碎圈、控制孔以及巖體內(nèi)一些原始裂紋連為一體，如圖l所示。不僅使地應(yīng)力釋放，使圍巖應(yīng)力峰值向煤巖體深處轉(zhuǎn)移，而且還可以提高工作面前方煤巖體的透氣性，加速巖體內(nèi)瓦斯排放，瓦斯氣體得  以充分釋放。爆破段形成的破碎圈帶和松動(dòng)圈帶，使地方地應(yīng)力峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移，應(yīng)力場重新分布；使瓦斯加速排放，降低了瓦斯壓力梯度，減少了突  勢能。實(shí)現(xiàn)了空間和時(shí)間的超前防護(hù)作用，從而到了卸壓及防止突出的作用。

由于控制孔的控制導(dǎo)向作用，所以深孔控制卸壓爆破的結(jié)果是在介質(zhì)內(nèi)部的炮孔周圍產(chǎn)生一柱狀的壓縮粉碎圈和一沿爆破孔與控制孔連心線方向的貫穿爆破裂縫面，如圖2所示。貫穿爆破裂縫面的 
產(chǎn)生．是深孔控制卸壓爆破實(shí)現(xiàn)其防突作用的關(guān)鍵，其防突機(jī)理同其他局部措施也不完全相同。

2.2 鉆孔參數(shù)的確定 
鉆孔的布置應(yīng)遵循以下原則[4] ：①有利于形變碎圈帶和松動(dòng)圈帶；②盡可能使爆破影響范圍大：③在保證卸壓及防突的效果下，盡可能減少孔數(shù)，縮小孔徑、增大一次爆破長度。

在爆破孔周圍依次形成爆腔、破碎區(qū)、裂隙帶和震動(dòng)區(qū)，其中卸壓作用帶為破碎區(qū)和裂隙帶，其破碎半徑一般為裝藥半徑的2～3倍，裂隙帶半徑R可由下式求得[5]  ： 
 

   u——泊松比，取O．26； 
  1-——炮孔半徑，取75 mm： 
  d——衰減系數(shù)，d=1．649； 
  S——抗拉強(qiáng)度，取1 MPa： 
  P——應(yīng)力初始峰值，MPa； 
  ro——裝藥半徑，取炮孔半徑； 
  g——炸藥密度，1．04∥cm。； 
  n——增大倍數(shù)； 
  D——爆速，m／s。 
當(dāng)D取2 200 m／s時(shí)，p=629．2 MPa．R：=1.979 6 m；當(dāng)D取2 400 m／s時(shí)，p=748．8 MPa． R=2．2 m。根據(jù)理論計(jì)算，當(dāng)炮孔半徑r取75 mm爆破后裂隙區(qū)半徑可達(dá)到2 m左右。炮孔間距a應(yīng)小于兩相鄰炮孔產(chǎn)生的裂隙區(qū)半徑之和，即a=2R由于爆破后炮孔之間引起應(yīng)力集中，有利于堅(jiān)硬煤層破碎。根據(jù)以上原則，為達(dá)到充分的卸壓，產(chǎn)生足夠厚的卸壓帶的目的，設(shè)計(jì)采用爆破孔和控制孔問隔布置，如圖3所示。爆破孔直徑75mm；控制孔直徑75 mm；孔深：根據(jù)具體情況而定，以穿透己。；煤層至己15煤層至己16~己17煤層底板為準(zhǔn)；爆破孔問距根據(jù)計(jì)算及實(shí)測影響半徑而定，定為5m；鉆孔俯角應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況而定，以保證相鄰鉆孔交錯(cuò)穿至下方巷道上、下幫與頂板的交接處。

2。3鉆孔施工 
    平煤十二礦己。，一31010工作面高位巷深孔控制爆破剖面示意如圖4所示。爆破孔在巖石中采用水力排粉，在煤層中采用風(fēng)力排粉。孔口捕塵器除塵或使用水幕，水管灑水降塵，控制孔亦采用上述方法。采用以下方法解決塌孔問題：①在布孔時(shí)盡可能增大空問距，避免打孔中因震動(dòng)等原因?qū)е滤祝虎诒M可能縮短打爆破孔與裝藥工序間隔時(shí)間，打完爆破孔后立即裝藥；③打鉆過程中要用穩(wěn)定的風(fēng)壓盡量將孔內(nèi)煤粉排凈，避免成孔后再用高壓風(fēng)吹孔；④適當(dāng)縮小裝藥管外徑。

2．4裝藥與封孔工藝 
    深孔控制爆破由于爆破孔都比較長，為了安全起爆，其裝藥結(jié)構(gòu)要與普通淺孔爆破不同，采用 
PVC套管輔助裝藥，孔內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索、雙炮頭，孔深30～50 m，裝藥長度分別為2，4，6，8，10m，每個(gè)炮頭安裝2個(gè)雷管，每5卷藥為一組。距離孔口的1~1．5 m處使用水泥混合黃土封孔，布 置為正向起爆結(jié)構(gòu)，如圖5所示。 

3效果分析  
    1)排放瓦斯情況。深孔控制卸壓爆破后，從 瓦斯涌出情況來看，爆破孔及臨近孔瓦斯涌出量增   加明顯，說明工作面橫斷面上產(chǎn)生了明顯的破碎圈 帶，增加了煤體的裂隙，使爆破段煤體中的高壓瓦斯得以充分排放。

2)爆破前后實(shí)測參數(shù)對比。爆破孔內(nèi)外兩側(cè)的觀測孔在爆破前后瓦斯參數(shù)由圖6看出，深孔控制卸壓爆破起到了良好的卸壓、防突作用。

3)松動(dòng)爆破影響半徑。通過深孔松動(dòng)爆破實(shí)驗(yàn)濃度變化記錄表和散點(diǎn)圖可知，松動(dòng)爆破的影響 范圍在6 m左右，為達(dá)到更好的松動(dòng)爆破效果．每隔10 m進(jìn)行一次深孔松動(dòng)爆破。

4)運(yùn)輸巷掘進(jìn)情況。掘進(jìn)面夾鉆，噴孔等問題得到緩解，少數(shù)鉆孔局部鉆進(jìn)時(shí)只有微量煤屑噴出，運(yùn)輸巷平均掘進(jìn)速度由2006年3--5月份的32 m／月提高到78 m／月，施工安全得到保障．巷道變形程度明顯減弱，頂板和周邊礦壓減小。

 在突出煤層具有沖擊地壓危險(xiǎn)的掘進(jìn)工作面 實(shí)施深孔松動(dòng)爆破卸壓技術(shù)后，煤、巖體中爆破段形成了破碎圈帶和松動(dòng)圈帶，使原始高地應(yīng)力場發(fā)生改變，沿巷道向煤體前方和運(yùn)輸巷兩幫深孳尊  
移；同時(shí)提高了煤層透氣性，使高壓瓦斯加速排放，降低了瓦斯壓力，減少了突出勢能；可有效防治煤與瓦斯突出和沖擊地壓，達(dá)到安全、快速掘進(jìn)目的。  
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[5]  呂淵，徐穎．深井軟巖大巷深孔爆破卸壓機(jī)理及工程 應(yīng)用[J]．煤礦爆破，2005(4)．