煤矿采集作业中爆破卸压技术及冲击地压防

引言

当前，我国煤炭资源开采逐步向地球深部拓展，深部矿井普遍面临高地应力、高瓦斯压力、高地温及强开采扰动的复杂动力环境。在此背景下，由应力高度集中而诱发的冲击地压等地压显现问题愈发突出，成为制约深部资源安全开采的关键技术瓶颈。传统的支护方式多为被动承载，难以从根本上消除冲击危险。因此，发展主动性、前置性的压力控制技术至关重要。爆破卸压技术通过超前于采掘活动对煤岩体实施爆破，主动释放或转移巷道围岩内部积聚的弹性能，优化应力环境，从源头上削弱冲击地压发生的能量条件与应力条件。

一、爆破卸压防治冲击地压的基本原理

（一）应力转移与能量释放机制

冲击地压的实质是煤岩体在特定条件下积聚的弹性变形能瞬间猛烈释放的过程。爆破卸压技术的核心作用在于干预这一能量积聚过程。通过在采掘空间周围的煤岩体中实施爆破，形成一道具有一定厚度的破裂带。这个破裂带的存在破坏了岩体的原始完整性与连续性，使其承载能力显著降低，无法继续积聚大量的弹性能。原本集中于巷道周边的应力峰值区，会因此向更深处的完整岩体转移，从而在采掘空间周围形成一个低应力“保护区”。这一过程将冲击地压可能发生的突发性、破坏性能量释放，转变为一种渐进式、可控的能量耗散，有效降低了动力灾害的发生概率。

（二）围岩结构优化与承载能力重构

爆破作业不仅能转移应力，更能重塑巷道围岩的承载结构。以切顶卸压为例，沿巷道顶板进行定向爆破，可预先切断巷道顶板与采空区上方高位基本顶的应力传递路径。随着工作面的推进，采空区顶板沿预裂缝垮落，垮落的矸石能够及时、充分地填充采空区，并对上覆岩层形成有效的支撑。这种方式将原本悬露的“硬顶”结构转变为“砌体梁”式的自承载结构，避免了因大面积悬顶而导致的强矿压显现。经过爆破改造后的围岩，其内部结构由一个刚性的、易于脆性破坏的系统，转变为一个相对柔性的、具有更好变形协调能力的系统，整体稳定性得到显著提升。

二、爆破卸压关键技术及其应用

（一）定向聚能爆破技术的精准控制

爆破卸压的成败关键在于能否实现对爆破能量的精准引导与控制。双向聚能爆破技术是实现这一目标的核心工艺。该技术利用特殊设计的聚能管装置，使爆炸能量沿着预设方向高度集中，形成对称的能量束，从而在巷道顶板或煤帮中产生一条连续贯通的预裂切缝。为了达到理想的预裂效果，必须对爆破参数进行精细化设计。其中切顶高度需根据顶板岩层的厚度与碎胀系数进行计算，以确保垮落的岩石能够有效填充采空区。

为适应高产高效矿井快速推进的需求，工艺上亦有重大革新。例如，采用可拆分、带倒刺的异形PVC聚能管，在孔外预制成长达十几米的聚能药包后，通过专用插杆一次性整体送入孔底。这种快速装药工艺，将单孔装药时间从传统的 40 分钟以上缩短至约12 分钟，仅为原来的 30% 。在封孔环节，以机械化囊袋灌浆封孔技术替代传统炮泥封孔。该技术使用双组分无机速凝材料和特制囊袋，通过气动泵注入封孔段，30 分钟内强度即可达到 4MPa的设计要求。此举不仅将单孔封孔时间锐减至 4-5 分钟，为传统方式的 10% ，更将因封孔不实导致的冲孔率从 5% 大幅降至 0.2% 以下，显著提升了爆破作业的效率与安全性。

（二）卸压效果的协同支护保障

实施爆破卸压之后，必须辅以一套科学、强大的协同支护体系，以维持卸压后围岩结构的长期稳定。此项工作主要包含两个方面：巷道内部的系统性加强支护和沿空留巷侧的巷旁支护体构筑。

巷道内部的加强支护是基础。通常在原有支护系统的基础上，系统性地补强高强度、大直径（如 128.6mm ）的长锚索，并配合槽钢或钢带形成锚索梁结构。通过施加足够的预紧扭矩（如 300N⋅m^⋅ ），将卸压影响区内相对破碎的浅部岩层牢固地锚固于深部稳定岩体之中，形成一个整体承载结构，有效控制其内部的离层与变形，维持巷道断面的稳定。

沿空留巷侧的巷旁支护体构建是实现长期稳定和复用的关键。根据地压显现强度和巷道复用要求，可选择不同类型的支护形式。一种是采用U型钢点柱配合高强度金属网构成的柔性挡矸支护，该支护体具有良好的可缩性能，能适应一定范围的围岩变形并提供持续的支撑阻力，主要用于阻止采空区矸石涌入和提供侧向支撑。另一种则是在高采高、强矿压等复杂条件下，采用井下泵送浇筑C40 高强度混凝土墙体的刚性支护方案。该方案依托地面干料制备站和井下混凝土输送站，实现了墙体构筑的机械化和快速化，形成的混凝土墙体（实测强度可达 38.6MPa ）具有更高的承载能力和更好的密闭性，能够作为永久性巷旁支护结构，确保巷道在服务周期内不变形或变形量可控，满足下一工作面的复用要求。

三、结语

综上所述，定向聚能爆破与协同支护共同构成了一套“主动卸压”与“强化承载”相结合的综合技术体系。该体系通过爆破手段预先优化围岩应力环境，再利用高强支护维持结构的长期稳定。现场实测数据表明，应用该技术后，巷道所受应力可降低约 46.90% ，顶底板和两帮的移动量分别减少了 82.71% 和 74.11% 。这充分证明了该技术体系能有效阻断应力传递、控制围岩变形，是将矿山压力由“致灾因素”转变为“可控对象”的关键，为采掘作业的安全高效进行提供了坚实保障。

参考文献

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