晉能控股煤業(yè)集團(tuán)在國(guó)內(nèi)首次嘗試煤礦用水膠液體炸藥

距離井下現(xiàn)場(chǎng)400米外的變電所內(nèi)，一眾作業(yè)人員正屏氣凝神地等待著。伴隨著咚咚的悶聲作響，一場(chǎng)不平常的爆破測(cè)試完成了。技術(shù)人員焦急的心快要提到嗓子眼，迫切地想盡早知道爆破效果。

借助微小的探頭，鉆孔窺視儀將清晰的畫(huà)面?zhèn)骰?。作業(yè)人員們緊盯著不斷被放大的畫(huà)面，現(xiàn)場(chǎng)安靜得仿佛只剩下呼吸聲……緊接著，突然一片激動(dòng)聲傳來(lái)：“成了，成了?！?/p>

這是2020年年初晉能控股煤業(yè)集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作的“煤礦用水膠液體炸藥研發(fā)及其在堅(jiān)硬頂板深孔內(nèi)的爆炸壓裂測(cè)試”項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的一幕。該集團(tuán)開(kāi)展了國(guó)內(nèi)首次水膠液體炸藥在煤礦井下堅(jiān)硬頂板預(yù)裂中的試驗(yàn)。如今，該集團(tuán)塔山煤礦在三盤(pán)區(qū)2號(hào)層8305無(wú)煤柱開(kāi)采工作面應(yīng)用了水膠液體炸藥，并成功實(shí)施了切頂卸壓無(wú)煤柱作業(yè)，目前已推采350米左右，收到良好的頂板平面定向致裂效果。

緣何研制液體炸藥

大同礦區(qū)是我國(guó)最大的煤炭生產(chǎn)基地之一，地質(zhì)構(gòu)造特殊，屬于典型的厚煤層堅(jiān)硬頂板礦區(qū)，具有層數(shù)多、厚度大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中堅(jiān)硬頂板滯后斷裂，容易形成采空區(qū)懸板。采場(chǎng)圍巖應(yīng)力高，圍巖變形破壞嚴(yán)重，懸板的突然破斷運(yùn)動(dòng)容易誘發(fā)煤巖、瓦斯等動(dòng)力災(zāi)害，影響礦井安全生產(chǎn)。

常規(guī)的密集打孔方法成本高，水力致裂方法定向效果欠佳，傳統(tǒng)爆破深孔裝藥、封孔效率低，大角度深孔高效定向致裂技術(shù)尚有較大突破空間。鑒于深孔定向爆破技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，業(yè)內(nèi)亟需研發(fā)一種能夠匹配煤礦深孔高效爆破作業(yè)的液體炸藥。

為此，原同煤集團(tuán)2019年與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開(kāi)始聯(lián)合攻關(guān)“煤礦用水膠液體炸藥研發(fā)及其在堅(jiān)硬頂板深孔內(nèi)的爆炸壓裂測(cè)試”項(xiàng)目。該項(xiàng)目通過(guò)改變煤礦用水膠炸藥組分配比，實(shí)現(xiàn)了其在物理形態(tài)上的流動(dòng)特性，解決了大角度深孔裝藥、長(zhǎng)距離封孔的技術(shù)難題。

經(jīng)過(guò)近1年的反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試，科研人員進(jìn)一步優(yōu)化了炸藥配方等，保障炸藥在煤礦井下爆破作業(yè)的安全性。

2019年底，科研人員開(kāi)始在原同煤集團(tuán)選址，準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

一“炮”而紅的背后

不分晝夜、鏖戰(zhàn)數(shù)月，科研人員終于完成了煤礦用水膠液體炸藥研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，準(zhǔn)備進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。

作為集團(tuán)科研創(chuàng)新的核心部門(mén)，技術(shù)中心相關(guān)部門(mén)不僅參與了項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程，同時(shí)還負(fù)責(zé)研發(fā)工作的管理、協(xié)調(diào)等事宜。數(shù)次實(shí)地勘驗(yàn)后，技術(shù)科科長(zhǎng)紀(jì)潤(rùn)清與集團(tuán)云岡礦完成對(duì)接，準(zhǔn)備在該礦進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試得到了云岡礦的積極配合。眾人聽(tīng)說(shuō)要做的測(cè)試是國(guó)內(nèi)首次，十分振奮。為此，通風(fēng)、瓦斯、地測(cè)等多工種聯(lián)動(dòng)，精誠(chéng)團(tuán)結(jié)、群策群力。

云岡礦技術(shù)科孫馭丞、地測(cè)科劉務(wù)全全程參與了測(cè)試的前期準(zhǔn)備。他們根據(jù)礦井地質(zhì)數(shù)據(jù)，數(shù)次深入井下勘測(cè)和選址。由于炸藥爆破測(cè)試對(duì)實(shí)施地頂板地質(zhì)構(gòu)造有相當(dāng)高的要求，通過(guò)打孔分析，云岡礦最終確定，以堅(jiān)硬砂巖賦存為主的新408軌道巷頂板是理想的測(cè)試環(huán)境。

為保證施工安全和測(cè)試精準(zhǔn)度，該礦對(duì)鉆孔施工鉆具、定孔尺寸、步距等做了嚴(yán)格規(guī)定。同時(shí)，此次測(cè)試的主角——水膠液體炸藥也準(zhǔn)備就緒。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試從2019年12月開(kāi)始。彼時(shí)，當(dāng)?shù)貧鉁匾言诹阆?，時(shí)常下雪，炸藥穩(wěn)定性易受低溫影響產(chǎn)生析晶。于是，云岡礦派人輪流職守，創(chuàng)造恒溫環(huán)境，確保炸藥性質(zhì)穩(wěn)定，便于精準(zhǔn)實(shí)施爆破。

整個(gè)測(cè)試工作持續(xù)2個(gè)月，試驗(yàn)分3步進(jìn)行。第一步，實(shí)施2.5米淺孔爆破。通過(guò)與傳統(tǒng)煤礦用水膠炸藥、乳化炸藥孔內(nèi)爆破效果對(duì)比，水膠液體炸藥爆破表現(xiàn)近乎完美。

試驗(yàn)進(jìn)入第二步深孔爆破作業(yè)階段。完成8米深孔打孔作業(yè)后，測(cè)試人員在距炮孔約500毫米處增加了觀(guān)測(cè)鉆孔。他們將每卷40厘米長(zhǎng)的煤礦用水膠液體炸藥捆綁導(dǎo)爆索后，小心翼翼置入爆破孔內(nèi)。待人員撤離后，實(shí)施爆破。

在等待過(guò)程中，測(cè)試人員們精神高度集中。伴隨著爆破發(fā)出的悶響聲，觀(guān)測(cè)孔內(nèi)的效果窺視圖像傳來(lái)，所有人才松了一口氣。

“爆破孔與觀(guān)測(cè)孔完全貫通，起爆后頂板破壞充分。爆破效果精確得像神槍手，威力大、震動(dòng)小、有害氣體少，完全達(dá)到三級(jí)煤礦許用炸藥性能要求?！奔o(jì)潤(rùn)清自豪地說(shuō)。

實(shí)際應(yīng)用是試金石

研發(fā)人員表示，煤礦用水膠液體炸藥的研發(fā)成功，既解決了深孔、超深孔爆破作業(yè)下的深孔裝藥和長(zhǎng)距離封孔的工藝難題，又為深長(zhǎng)鉆孔單孔重復(fù)爆破技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了條件，同時(shí)克服了鉆眼爆破中“炸藥爆炸瞬間威力大、但致裂范圍不足”的缺陷。

此外，煤礦用水膠液體炸藥范圍可推廣。

大同礦區(qū)雙系煤層開(kāi)采屬?lài)?guó)內(nèi)罕有，上部侏羅系煤層采空區(qū)遺留煤柱及火成巖和含礫砂巖頂板的賦存條件，容易誘發(fā)下部石炭系特厚煤層開(kāi)采中的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)，影響礦井安全生產(chǎn)?？紤]井下作業(yè)空間有限，從下部石炭系采場(chǎng)向上致裂侏羅系煤柱及堅(jiān)硬頂板工藝存在困難。如將液體炸藥經(jīng)地面鉆孔超前實(shí)施預(yù)裂爆破，可有效改觀(guān)此情況。

同時(shí)，鑒于石炭系特厚煤層開(kāi)采實(shí)際，采用液體炸藥實(shí)施地面鉆孔重復(fù)爆破，有利于解決堅(jiān)硬致密煤巖反復(fù)壓裂、煤巖裂縫網(wǎng)絡(luò)空間發(fā)育、礦井特厚煤層“低瓦斯賦存、高瓦斯涌出”的難題，提高瓦斯抽排效率，降低采場(chǎng)瓦斯?jié)舛取?/p>

項(xiàng)目的研發(fā)成功雖帶來(lái)了希望，但實(shí)際應(yīng)用才是試金石。此后，晉能集團(tuán)塔山煤礦8305工作面5305巷應(yīng)用煤礦用水膠液體炸藥，成功實(shí)施了切頂卸壓無(wú)煤柱作業(yè)，收到良好的頂板平面定向致裂效果，贏(yíng)得了口碑。（劉雨亭 賈起巖）