1. 矿井概述
砚北煤矿位于华亭县城的东南部，是华亭煤业集团公司的骨干矿井，是国家“八五”“九五”重点建设项目，井田面积12 km2，地质储量6.34 亿吨，可采储量3.57 亿吨。砚北煤矿隶属于甘肃华亭煤电股份有限公司，年产600 万吨，主采煤层煤5 层，属中下侏罗统延安组煤系地层，煤层平均厚度46 m，全井田广泛分布。井田内地质构造简单，未发现断层和岩浆岩，水文地质条件属简单类型。井田开拓方式为斜井多水平开拓；采煤方法一水平为水平分段走向长壁综合机械化放顶煤，二水平为倾向条带分层俯斜综合机械化放顶煤；矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。
砚北煤矿随矿井开采深度的不断增加，二水平矿压显现明显，尤其是二水平250205上工作面形成生产系统回采以来，矿压显现频繁、破坏强度大，给矿井的安全生产带来了极大的威胁和挑战，截至2007 年10 月，250205上工作面来压63 次，多起强矿压显现给工作面的安全、顺利回采带来了较大困难，也给矿井造成了巨大的损失。为了保证矿井的安全生产和保护人民生命财产不受损失，华亭煤电股份有限公司砚北煤矿与中国西南科技大学合作，在砚北煤矿250205上工作面矿压防治中，在顶板预裂爆破卸压中采用切缝护壁爆破，达到了加强功效使聚能效应更强劲的目的。
2. 切缝护壁爆破技术发展情况
切缝护壁爆破，实质就是切缝药包爆破技术。为了加强聚能效应，强调药包外壳的作用。
3. 切缝药饵在砚北煤矿中的实际应用
砚北煤矿某5 层面板属于粉砂岩，厚度在5～18 m，老顶胶结致密、加之回采的250205上工作面属于2502 采区首个回采工作面，在回采过程中，工作面老顶不能随回采及时垮落，形成大面积悬顶，在悬臂达到极限状态失衡破断时，势必造成能量突然大量释放，对冲击矿压的治理和防治非常不利。针对这种情况，采取用大直径顶板钻孔，应用定向集能护壁爆破技术对老顶进行破坏，提前形成顶板破坏带和压力释放带。定向集能护壁爆破主要在该矿250205上工作面矿压防治中得到了应用，矿压防治设计是在工作面运输顺槽及辅助运输顺槽间每间隔30 m 施工一组深孔爆破孔，采用切缝药包护壁爆破技术，人为对顶板进行预裂切缝爆破，以达到对压力进行释放的目的。图13-19 为砚北煤矿卸压深孔钻孔施工图。
切缝药包护壁材料：采用UPVC 管，直径50 mm，壁厚5 mm，一般长度为4 m，采用圆盘锯加工，切缝药包护壁爆破切缝口宽度为4～5 mm。为保证切缝管的完整性，每加工50 mm切缝预留60～80 mm，UPVC 管之间采用快速接头进行连接，如图13-20。
图13-20 甘肃华亭煤业集团公司砚北煤矿采用切缝药包爆破钻孔布置位置图
爆破参数：设计在运输顺槽和辅助运输顺槽间每隔30 m 布置一组深孔爆孔，一组2 孔，布置同上，孔角度为70°，孔深度为30 m，采用RHM 乳化炸药，每孔装药12 kg，用3～4 个毫秒延期电雷管进行起爆，在装药过程中采用UPVC 管实现定向集能护壁爆破技术。具体为：将RHM 乳化炸药装在UPVC 管中进行连线，沿预定的切缝线要求方向平行将装有药的UPVC管装入炮孔内，按照要求进行封堵炮孔后进行起爆。
4. 切缝药包护壁爆破技术在250205上工作面应用的作用
在UPVC 管切缝的作用下，爆炸爆轰气流产生应力集中，沿护壁切缝集中得到释放，在切缝方向产生裂缝，形成对顶板剪切破坏，从而达到提前破坏顶板释放部分压力的目的。切缝药包护壁爆破技术在该矿250205上工作面的应用，对不易垮落的老顶进行了有效的破坏，对释放压力起到了好的作用，有利于矿压的防治和预防。大直径顶板深孔爆破避免了顶板大面积悬顶一次断裂释放压力造成的破坏，有效地控制了顶板周期来压给矿压防治带来的难度。定向切缝爆破技术在250205上工作面运输顺槽及辅助运输顺槽的应用，有效地减缓了由于工作面大面积悬顶造成的冲击矿压，减小了矿压防治难度，从而有利于矿厂的安全生产。定向切缝爆破技术的应用，减缓了矿压显现带来的经济损失，减少了矿压显现造成的人员受伤。(www.xing528.com)
5. 定向集能护壁爆破技术应用结论
（1）定向护壁爆破时，炮孔壁临空面方向上应力集中现象严重，在护壁爆破中，护壁材料对爆炸作用力的影响非常显著。
（2）切缝护壁爆破时，爆生气体先对切缝处的炮孔壁产生作用力，然后在临空面上产生作用力，最后才对护壁面方向上的炮孔壁产生压力，切缝方向和临空面方向上的应力集中现象严重，这也说明在切缝护壁爆破中，护壁材料对爆炸的作用影响也非常大。
（3）在切缝药包护壁爆破中，切缝有聚能效应，爆炸时，由于外壳的约束和切缝的存在，将在切缝处产生高压、高密度、高速运动气体流的冲击，使爆炸能量集中到切缝方向上发挥作用，从而提高局部的破坏的效应，在该处孔壁上可能形成延伸很短的剪切破坏面，随着爆炸压力对临空面方向孔壁作用的增强，将一步加剧破坏的程度。
（4）我矿在矿压防治中采用的切顶爆破中应用了切缝药包护壁爆破技术，对不易垮落的老顶进行了有效的破坏，对释放压力起到了好的作用，有利于矿压的防治和预防。
（5）药包爆破技术的应用，减缓了矿压显现带来的经济损失，减少了矿压显现造成的人员受伤，有着一定的经济效益和社会价值。
（6）针对该矿250205上工作面强矿压显现造成的生产影响及设备损坏实际情况，通过在工作面运输顺槽及辅助运输巷间实施定向集能护壁爆破技术，有效地对工作面顶板进行了预裂破坏，达到了释放部分压力的目的，有效地减缓了强矿压的发生。据统计，在未采取定向集能护壁爆破技术之前，每月由于强矿压显现的发生直接影响生产在60 h 以上，直接影响工作面产量，按照每月影响生产60 h 计算，则一年的损失为：300 t/h×60 h×12 mon×260 元/t=5 616万元。
（7）该项目的实施在社会经济方面取得了显著效果，通过切缝药包护壁爆破技术的应用研究，提高了我矿在矿压治理方面的技术水平，减缓了由于强矿压显现的发生给工作面带来的生产设备损坏、工作面人员受伤，提高了矿井安全生产能力，有着不可估量的社会效益。
【注释】
[1]切缝药包超动态电测试验报告：中国矿业大学现代爆破技术研究所，2007 年3 月。
[2]委托：中国矿业大学现代爆破技术研究所，2007 年7 月。
[3]委托：解放军理工大学工程兵学院结构爆炸实验中心，2007 年4 月30 日。
[4]委托：解放军理工大学工程兵工程学院（陆渝生教授）。
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