利用深孔卸压松动爆破防治瓦斯突出技术

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【摘要】煤与瓦斯突出是煤矿井下最为严重的自然灾害之一。由于突出的严重后果，诸多科研和现场工作人员研究和发展了许多防突技术，本文主要介绍利用深孔卸压爆破来治理瓦斯突出技术，主要介绍其深孔松动爆破的作用机理，特点及适用范围，相关的安全技术措施以及效果检验。

【关键词】卸压松动爆破；防突

1　引言

煤与瓦斯突出是煤矿井下最为严重的自然灾害之一。随着开采规模的扩大和开采深度的增加，煤与瓦斯灾害变得越来越严重，不少原来没有煤与瓦斯灾害危险的煤层升级为突出煤层、尤其是在开采低透气性高瓦斯有突出危险煤层中，煤与瓦斯突出更是严重威胁煤矿的安全生产。由于突出的严重后果，诸多科研和现场工作人员研究和发展了许多防突技术，对具有突出危险的煤层预先采取一定的瓦斯，使突出煤层整体或局部失去突出能力，然后再进行采掘作业。本文主要介绍利用深孔卸压爆破来治理瓦斯突出技术，主要介绍其深孔松动爆破的作用机理，特点及适用范围，相关的安全技术措施以及效果检验。

2　深孔松动爆破作用机理

根据爆炸动力学和弹性动力学理论可知：由爆破孔传播出来的冲击波作用于孔壁时，孔壁及周围介质承受着很大的动载荷，致使炮孔周围的介质产生过度粉碎，产生压缩粉碎圈。在粉碎圈边界上，冲击波衰减成为应力波，但应力波产生的伴生切向（拉）应力仍有可能大于介质的抗拉强度，使介质拉断，形成与破碎区贯通的径向裂缝。随着应力被的继续传播，其强度逐渐衰减，应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入爆破孔孔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。在裂隙尖端处产生应力集中，使裂隙进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉的裂隙网。

因为应力波的传播速度大于裂缝的传播速度，所以当应力波的峰值衰减至小于介质强度的时候，已形成的裂缝仍然继续扩展。当应力波传播至控制孔壁时，立即发生应力波的反射，反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向裂隙和环向裂缩进一步扩展，大大增大裂隙区的范围。同时，原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸应力场的扰动将作用于已产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。由于发生在炮孔连心面方向的裂缝要比发生在其他方向的裂缝要早，所以沿连心面方向的裂缝限制了其他方向裂缝的产生和扩展，使得在沿爆破孔与控制孔连心面方向上的控制孔边缘也产生了裂缝，结果沿爆破孔与控制孔连心线处产生一贯穿裂缝面。

3　深孔松动爆破特点及适用范围

深孔控制卸压爆破的局部防灾措施的实质，是在掘进工作面前方煤体中，打若干个长钻孔，其中有爆破孔和控制孔，由于控制孔的控制导向作用，所以深孔控制卸压爆破的结果是在介质内部的炮孔周围产生一柱状的压缩粉碎圈和一沿爆破孔与控制孔连心线方向的贯穿爆破裂缝面，使集中地应力转移，加速排放高压瓦斯。降低了瓦斯压力梯度，减少了突出势能，实现了空间上、时间上的超前防护作用，从而达到防治突出的目的。因此，贯穿爆破裂缝面的产生，是深孔控制卸压爆破实现其防突作用的关键。

爆破孔径、爆破孔与导向孔之间的间距和装约耦合系数是影响深孔松动爆破卸除地应力效果的三个主要因亲。目前研究的结论是：适当增加爆破孔和导向孔间距，卸压半径也相应增加，从而可提高卸压增透效果；增大爆破孔径，卸压半径变化不明显；爆破孔装药耦合系数对卸压增透效果有着很大影响，爆破孔完全耦合装药时，卸压效果较好。

松动爆破作为煤岩体卸压的一种局部防灾措施，在实施前必须采用钻屑指标法或其他行之有效的方法进行预报预测，必须采用超前钻孔抽放煤体内瓦斯到一定范围内方可实施深孔松动爆破。

但深孔松动爆破松动半径在0.8～1.2m之间，影响半径也不过在2.5m左右，预裂炮孔深度不深，具有突出危险的煤体被解放的范围小，因而在突出强度大的矿井或区域中不能有效地消除煤与瓦斯突出，必须慎重使用。另外，在煤层松软，裂隙发育，倾角大的区域，深孔松动爆破措施也应当慎用或不用。

4　相关的安全技术措施

深孔松动爆破所采取的安全技术措施如下：

4.1　第一次采用深孔松功爆破时，必须采用排放钻孔或其他措施在工作面前方形成5m长的安全煤柱。

4.2　正规循环作业时，掘进作业必须在不小于5m的超前安全距离条件下进行，以确保施工安全。

4.3　爆破前，工作面、回风系统必须停电，支护和电气设备用旧胶带遮挡，所有人员撤至工作面机巷外口。

4.4　每次打眼前后，必须将工作面及其附近20m巷道洒水降尘。装药前采用压风等措施将炮孔内煤屑清除干净，否则严禁装药。

4.5　爆破网路各节点连接必须可靠，用绝缘胶布包扎严密。装药时必须防止拉脱雷管脚线及其连接线，造成拒爆。

4.6　装药操作人员和爆破工应选择经过培训并达到熟练操作水平的员工承担。

4.7　远距离爆破，爆破母线长不小于300m，爆破地点应配备压风自救系统及隔离式自救器。

4.8　采用全断面一次爆破，严禁分段爆破。

4.9　爆破后30mm，由瓦斯检测工向地面调度所询问迎头回风流瓦斯变化情况，若无异常情况，瓦斯检测工、爆破工和班长进入现场检查，查看爆破结果和顶板情况，确定一切正常后，方可进行其他作业。

通电以后若不起爆，爆破工必须取下起爆器钥匙，并将爆破母线从起爆器电源上摘下，扭结成短路，至少等15min后，沿线路进行检查。

5　深孔松动爆破效果检验

一般情况下，采用深孔松动爆破后通过检验煤层瓦斯压力、透气性和卸压程度几个指标检验爆破效果，据以调整爆破参数。

5.1　煤层瓦斯压力。突出煤层原始瓦斯压力的高低被作为是否采用防突措施的一个依据，同时又以瓦斯压力的降低程度来衡量措施效果的好坏。这主要是由于爆破的影响，使煤体透气性提高，给瓦斯的排放创造了条件，释放出煤体中的瓦斯潜能，以达到降低或消除煤与瓦斯突出的目的。

5.2　煤层透气性。突出煤层在深孔松动爆破后，使煤体破裂或松动，相应的提高煤体透气性能，促使煤体内瓦斯迅速解吸，并通过原有和新生裂隙排放出来。在松动爆破过程中，被松动的煤体瓦斯排放的程度，取决于瓦斯内能的释放程度。所以，逐次深孔松动爆破过程中，被松动影响范围内瓦斯排放量的多少是衡量措施效果好外的重要标志之一。

5.3　卸压程度。深孔松动爆破煤体的卸压程度一般可利用在工作面打孔的同时测定每米钻孔排粉量，借以间接地反应工作面前方煤体应力变化状态，以此衡量深孔松动爆破后煤体的卸压程度。这是由于打孔排出的钻粉量的多少与煤体所承受的载荷大小及其抗压强度有关。

6　结束语

煤与瓦斯突出是煤矿井下最为严重的自然火害之一。由于我国复杂相对恶劣的地质环境以及随着开采深度的延伸，冲击地压和突出发生的概率大大增加，采用深孔卸压爆破技术治理突出是世界主要采煤国家应用的主要技术手段之一。随着长钻孔技术的发展和卸压爆破技术的完善，深孔卸压爆破技术在治理突出灾害方面发挥越来越重要的作用。