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摘要：方庄二矿是高突矿井，要消除回采工作面突出危险性，就要做好抽采工作，因煤层透气性较差，增加煤层的透气性就是关键。预裂爆破措施是提高煤层透气性，从而达到强化抽采瓦斯的有效方法，该技术对于防治回采工作面的煤与瓦斯突出有明显效果。
关键词：回采工作面 预裂爆破 增透 抽采瓦斯 瓦斯治理
1 概述
焦作作为一个开采历史悠久的矿区，目前主采矿井开采深度逐步加大，实测最高煤层瓦斯压力已达2.42MPa，瓦斯含量34m3/t。迄今为止，已累计发生煤与瓦斯突出350余次。煤与瓦斯突出的发生，严重威胁着煤矿的安全生产，制约着采煤工艺的进步，从根本上解除瓦斯因素的束缚，是各突出矿井所面临的紧迫任务。
突出煤层区域瓦斯治理的关键，是抽采措施的有效性。焦作矿区煤层透气性条件差，在提高煤层透气性方面进行的研究，包括提高钻孔有效影响半径和改变煤体裂隙发育状态等方面。大直径钻孔试验、变径扩孔试验等属于提高钻孔有效影响半径的方式，深孔预裂爆破则属于提高煤体裂隙发育程度的方式。提高预抽钻孔抽采效果，单纯依靠抽放时间的延长必然影响掘进施工进度，针对这一问题进一步研究钻孔增透技术是必要的。
2 预裂爆破目的
预裂爆破的目的是为了增加煤体的裂隙长度和范围，以提高透气性，减少抽放阻力，从而提高瓦斯的抽放率。因此它不仅要求在相邻孔间连线方向形成贯通裂缝，而且要求其它方向尽可能多地产生裂隙，使煤体内形成以炮孔为中心相互连通的裂隙网。
3 预裂爆破设计方案
3.1.1 施工工序
预裂爆破孔施工——装药——封孔——联线——起爆——预裂爆破效果考察。
3.1.2 爆破孔施工
施工机械：抚顺煤科院生产的ZDY—500/22S型煤矿用全液压坑道钻机。
3.1.3 爆破材料选型
①炸药选型：安徽雷鸣科化股份有限公司生产的PT437水胶炸药。
②雷管选型：鹤壁煤业集团511厂生产的煤矿许用毫秒延期电雷管，额定阻值≤6.0Ω，实测阻值3.8—4.4Ω较多，选用阻值4.0—4.2Ω。
③导爆索选型：阜新矿务局生产。
④深孔预裂管选型：淮南矿务局生产。
⑤放炮母线及长脚线选型：4×1.5mm2电缆。
3.1.4 爆破参数
①炸药
单卷炸药参数：长210mm，Φ35mm，重量0.22kg。
②引爆方法
采用单孔双回路并联引爆。
第一引爆回路：电雷管引爆；最外端一卷炸药内设置一个电雷管。
第二引爆回路：电雷管+导爆索引爆；从炸药卷里端开始敷设导爆索直至炸药卷外端，在导爆索外端绑上一个电雷管。
爆破孔内的2个电雷管采用并联方式与母线连接。
③发爆器的选择
选用MFD—200型发爆器，引爆能力200发，脉冲电压峰值2800伏，允许最大负载电阻1220Ω。爆破网路电阻为22.59Ω，发爆器准爆能力远远大于爆破网路电阻；因此，所选发爆器能够满足要求。
3.1.5 装药
爆破钻孔施工后，必须尽快要装药，装药前，孔内应保持畅通，无残留煤渣，孔内煤渣多，应用压风吹尽。
图1 装药工艺图
装药方法：用竹板上、下错步扣住药卷，药卷应依次送入，导爆索从顶端一直拉到孔口外，孔口处的药卷和导爆索安装矿用毫秒延期电雷管。脚线与电线连接，接头设置在预裂管末端，并固定一根铅丝，（故障时，拉出药卷），最后，用管子轻轻使药卷送入孔内。
3.1.6 封孔
用黄沙和黄泥进行充填。炮眼10米以外，用黄沙和黄泥封填，把黄沙送至距孔口5m处，黄泥封到孔口，黄泥要有一定的粘稠度，避免堵住炮眼。
4 预裂爆破试验考察
14121运输巷位于14采区西翼，上部为14121工作面未采区，下部为14141设计工作面，于2005年3月开始施工。14121运输巷煤层厚4.2～9.2m，平均厚度6.5m，上部软分层厚度0.7～2.5m，煤层倾角12.5°，直接顶为2.9m厚的粉砂岩，老顶为9.85m厚的砂岩，直接底为1.15m厚的碳质泥岩，巷道顶板标高—208.4m。实测煤层原始瓦斯含量在17.4m3/t，瓦斯压力1.17MPa。
14121工作面自2011年8月12日在14121工作面进行第一次预裂爆破实验，共打16个预裂孔，其中包括：切眼3个预裂孔、一横贯10个预裂孔、下风道3个预裂孔。下风道2号预裂孔装药时由于塌孔无法爆破，其它15个预裂孔都顺利进行了爆破。预裂爆破钻孔一般深度32～65m，封孔深度不小于10m，每次装药量在114～240卷。
4.1 预裂爆破参数及工艺的考察
预裂爆破孔参数：采用Φ89mm钻头施工，采用风力排渣；钻孔布置距顶板1—1.5m，布置在硬煤中，距软分层>0.2m，距抽放孔的距离>0.5m，预裂爆破孔施工方向：沿工作面走向方向，平行于抽放孔，与水平夹角0—1°，不能有负坡度，否则不便于排渣、装药。预裂爆破采用竹板捆绑装药，用沙和黄泥封孔，导爆索引爆的方式，均取得了较好的效果。
4.2 预裂爆破影响半径的考察
试验期间，分别与爆破前后测试预裂爆破孔两侧一定范围内的抽放孔的抽放参数，考察表明：预裂爆破钻孔的影响半径可达10～18m。在其影响范围内，一些钻孔抽出量成倍提高，但也有一些钻孔瓦斯浓度下降，流量升高，抽出量显著降低。
分析认为，预裂爆破孔一方面使煤体卸压，瓦斯解吸量升高，另一方面会因为爆破的作用，破坏已有钻孔的封孔段，导致其抽出量的降低。而再远一些的位置，则可能在爆炸能量的挤压作用下，裂隙发生闭合。
4.3 预裂爆破抽放效果考察
①对14121下风道的8寸孔板进行跟踪考察。
考察发现：8寸孔板的抽出量比预裂爆破前最大增加21.5%，平均增加10.9%。
②对14121下风道的3号预裂爆破钻孔附近20米的抽放钻孔进行了跟踪考察。
考察发现：预裂爆破后，爆破孔以里9.6米、11.6米处和爆破孔以外4米、8米处的钻孔抽出量减小，但其他钻孔的抽出量都是增加的；70天后，所有钻孔的抽出量都比预裂爆破前增加，百米钻孔瓦斯流量也比预裂爆破前增大。
③对一横贯以东41米不同距离处的8组钻孔进行跟踪考察。
考察发现：8组抽放钻孔的抽出量都是不断增加的，百米钻孔瓦斯流量也增大。
5 结论
通过预裂爆破，可以使得煤层瓦斯卸压、增加裂隙沟通、提高煤层的透气性，进一步减小和消除工作面在回采期间的煤与瓦斯突出危险，保证了矿井的安全生产，促进了矿区的社会稳定。
参考文献：
[1]郑福良.深孔预裂爆破技术在煤矿井下的应用，爆破1997.04.
[2]樊少武，提高煤层透气性的理论研究，煤炭工程.2005.9.
关键词：回采工作面 预裂爆破 增透 抽采瓦斯 瓦斯治理
1 概述
焦作作为一个开采历史悠久的矿区，目前主采矿井开采深度逐步加大，实测最高煤层瓦斯压力已达2.42MPa，瓦斯含量34m3/t。迄今为止，已累计发生煤与瓦斯突出350余次。煤与瓦斯突出的发生，严重威胁着煤矿的安全生产，制约着采煤工艺的进步，从根本上解除瓦斯因素的束缚，是各突出矿井所面临的紧迫任务。
突出煤层区域瓦斯治理的关键，是抽采措施的有效性。焦作矿区煤层透气性条件差，在提高煤层透气性方面进行的研究，包括提高钻孔有效影响半径和改变煤体裂隙发育状态等方面。大直径钻孔试验、变径扩孔试验等属于提高钻孔有效影响半径的方式，深孔预裂爆破则属于提高煤体裂隙发育程度的方式。提高预抽钻孔抽采效果，单纯依靠抽放时间的延长必然影响掘进施工进度，针对这一问题进一步研究钻孔增透技术是必要的。
2 预裂爆破目的
预裂爆破的目的是为了增加煤体的裂隙长度和范围，以提高透气性，减少抽放阻力，从而提高瓦斯的抽放率。因此它不仅要求在相邻孔间连线方向形成贯通裂缝，而且要求其它方向尽可能多地产生裂隙，使煤体内形成以炮孔为中心相互连通的裂隙网。
3 预裂爆破设计方案
3.1.1 施工工序
预裂爆破孔施工——装药——封孔——联线——起爆——预裂爆破效果考察。
3.1.2 爆破孔施工
施工机械：抚顺煤科院生产的ZDY—500/22S型煤矿用全液压坑道钻机。
3.1.3 爆破材料选型
①炸药选型：安徽雷鸣科化股份有限公司生产的PT437水胶炸药。
②雷管选型：鹤壁煤业集团511厂生产的煤矿许用毫秒延期电雷管，额定阻值≤6.0Ω，实测阻值3.8—4.4Ω较多，选用阻值4.0—4.2Ω。
③导爆索选型：阜新矿务局生产。
④深孔预裂管选型：淮南矿务局生产。
⑤放炮母线及长脚线选型：4×1.5mm2电缆。
3.1.4 爆破参数
①炸药
单卷炸药参数：长210mm，Φ35mm，重量0.22kg。
②引爆方法
采用单孔双回路并联引爆。
第一引爆回路：电雷管引爆；最外端一卷炸药内设置一个电雷管。
第二引爆回路：电雷管+导爆索引爆；从炸药卷里端开始敷设导爆索直至炸药卷外端，在导爆索外端绑上一个电雷管。
爆破孔内的2个电雷管采用并联方式与母线连接。
③发爆器的选择
选用MFD—200型发爆器，引爆能力200发，脉冲电压峰值2800伏，允许最大负载电阻1220Ω。爆破网路电阻为22.59Ω，发爆器准爆能力远远大于爆破网路电阻；因此，所选发爆器能够满足要求。
3.1.5 装药
爆破钻孔施工后，必须尽快要装药，装药前，孔内应保持畅通，无残留煤渣，孔内煤渣多，应用压风吹尽。
图1 装药工艺图
装药方法：用竹板上、下错步扣住药卷，药卷应依次送入，导爆索从顶端一直拉到孔口外，孔口处的药卷和导爆索安装矿用毫秒延期电雷管。脚线与电线连接，接头设置在预裂管末端，并固定一根铅丝，（故障时，拉出药卷），最后，用管子轻轻使药卷送入孔内。
3.1.6 封孔
用黄沙和黄泥进行充填。炮眼10米以外，用黄沙和黄泥封填，把黄沙送至距孔口5m处，黄泥封到孔口，黄泥要有一定的粘稠度，避免堵住炮眼。
4 预裂爆破试验考察
14121运输巷位于14采区西翼，上部为14121工作面未采区，下部为14141设计工作面，于2005年3月开始施工。14121运输巷煤层厚4.2～9.2m，平均厚度6.5m，上部软分层厚度0.7～2.5m，煤层倾角12.5°，直接顶为2.9m厚的粉砂岩，老顶为9.85m厚的砂岩，直接底为1.15m厚的碳质泥岩，巷道顶板标高—208.4m。实测煤层原始瓦斯含量在17.4m3/t，瓦斯压力1.17MPa。
14121工作面自2011年8月12日在14121工作面进行第一次预裂爆破实验，共打16个预裂孔，其中包括：切眼3个预裂孔、一横贯10个预裂孔、下风道3个预裂孔。下风道2号预裂孔装药时由于塌孔无法爆破，其它15个预裂孔都顺利进行了爆破。预裂爆破钻孔一般深度32～65m，封孔深度不小于10m，每次装药量在114～240卷。
4.1 预裂爆破参数及工艺的考察
预裂爆破孔参数：采用Φ89mm钻头施工，采用风力排渣；钻孔布置距顶板1—1.5m，布置在硬煤中，距软分层>0.2m，距抽放孔的距离>0.5m，预裂爆破孔施工方向：沿工作面走向方向，平行于抽放孔，与水平夹角0—1°，不能有负坡度，否则不便于排渣、装药。预裂爆破采用竹板捆绑装药，用沙和黄泥封孔，导爆索引爆的方式，均取得了较好的效果。
4.2 预裂爆破影响半径的考察
试验期间，分别与爆破前后测试预裂爆破孔两侧一定范围内的抽放孔的抽放参数，考察表明：预裂爆破钻孔的影响半径可达10～18m。在其影响范围内，一些钻孔抽出量成倍提高，但也有一些钻孔瓦斯浓度下降，流量升高，抽出量显著降低。
分析认为，预裂爆破孔一方面使煤体卸压，瓦斯解吸量升高，另一方面会因为爆破的作用，破坏已有钻孔的封孔段，导致其抽出量的降低。而再远一些的位置，则可能在爆炸能量的挤压作用下，裂隙发生闭合。
4.3 预裂爆破抽放效果考察
①对14121下风道的8寸孔板进行跟踪考察。
考察发现：8寸孔板的抽出量比预裂爆破前最大增加21.5%，平均增加10.9%。
②对14121下风道的3号预裂爆破钻孔附近20米的抽放钻孔进行了跟踪考察。
考察发现：预裂爆破后，爆破孔以里9.6米、11.6米处和爆破孔以外4米、8米处的钻孔抽出量减小，但其他钻孔的抽出量都是增加的；70天后，所有钻孔的抽出量都比预裂爆破前增加，百米钻孔瓦斯流量也比预裂爆破前增大。
③对一横贯以东41米不同距离处的8组钻孔进行跟踪考察。
考察发现：8组抽放钻孔的抽出量都是不断增加的，百米钻孔瓦斯流量也增大。
5 结论
通过预裂爆破，可以使得煤层瓦斯卸压、增加裂隙沟通、提高煤层的透气性，进一步减小和消除工作面在回采期间的煤与瓦斯突出危险，保证了矿井的安全生产，促进了矿区的社会稳定。
参考文献：
[1]郑福良.深孔预裂爆破技术在煤矿井下的应用，爆破1997.04.
[2]樊少武，提高煤层透气性的理论研究，煤炭工程.2005.9.