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

距離井下現(xiàn)場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，一場不平常的爆破測試完成了。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面?zhèn)骰亍Ｗ鳂I(yè)人員們緊盯著不斷被放大的畫面，現(xiàn)場安靜得仿佛只剩下呼吸聲……緊接著，突然一片激動聲傳來：“成了，成了。”

這是2020年年初晉能控股煤業(yè)集團(tuán)與中國礦業(yè)大學(xué)合作的“煤礦用水膠液體炸藥研發(fā)及其在堅硬頂板深孔內(nèi)的爆炸壓裂測試”項目現(xiàn)場的一幕。該集團(tuán)開展了國內(nèi)首次水膠液體炸藥在煤礦井下堅硬頂板預(yù)裂中的試驗。如今，該集團(tuán)塔山煤礦在三盤區(qū)2號層8305無煤柱開采工作面應(yīng)用了水膠液體炸藥，并成功實施了切頂卸壓無煤柱作業(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硬頂板礦區(qū)，具有層數(shù)多、厚度大、強度高等特點。生產(chǎn)過程中堅硬頂板滯后斷裂，容易形成采空區(qū)懸板。采場圍巖應(yīng)力高，圍巖變形破壞嚴(yán)重，懸板的突然破斷運動容易誘發(fā)煤巖、瓦斯等動力災(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，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年與中國礦業(yè)大學(xué)開始聯(lián)合攻關(guān)“煤礦用水膠液體炸藥研發(fā)及其在堅硬頂板深孔內(nèi)的爆炸壓裂測試”項目。該項目通過改變煤礦用水膠炸藥組分配比，實現(xiàn)了其在物理形態(tài)上的流動特性，解決了大角度深孔裝藥、長距離封孔的技術(shù)難題。

經(jīng)過近1年的反復(fù)試驗和測試，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，科研人員開始在原同煤集團(tuán)選址，準(zhǔn)備開始進(jìn)行現(xiàn)場測試。

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)的實驗室測試，準(zhǔn)備進(jìn)入實戰(zhàn)演習(xí)。

作為集團(tuán)科研創(chuàng)新的核心部門，技術(shù)中心相關(guān)部門不僅參與了項目研發(fā)過程，同時還負(fù)責(zé)研發(fā)工作的管理、協(xié)調(diào)等事宜。數(shù)次實地勘驗后，技術(shù)科科長紀(jì)潤清與集團(tuán)云岡礦完成對接，準(zhǔn)備在該礦進(jìn)行測試。

測試得到了云岡礦的積極配合。眾人聽說要做的測試是國內(nèi)首次，十分振奮。為此，通風(fēng)、瓦斯、地測等多工種聯(lián)動，精誠團(tuán)結(jié)、群策群力。

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

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

現(xiàn)場測試從2019年12月開始。彼時，當(dāng)?shù)貧鉁匾言诹阆拢瑫r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)實施爆破。

整個測試工作持續(xù)2個月，試驗分3步進(jìn)行。第一步，實施2.5米淺孔爆破。通過與傳統(tǒng)煤礦用水膠炸藥、乳化炸藥孔內(nèi)爆破效果對比，水膠液體炸藥爆破表現(xiàn)近乎完美。

試驗進(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，測試人員在距炮孔約500毫米處增加了觀測鉆孔。他們將每卷40厘米長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，實施爆破。

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

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

實際應(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)下的深孔裝藥和長距離封孔的工藝難題，又為深長鉆孔單孔重復(fù)爆破技術(shù)的實現(xiàn)提供了條件，同時克服了鉆眼爆破中“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)雙系煤層開采屬國內(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采中的強礦壓顯現(xiàn)，影響礦井安全生產(chǎn)。考慮井下作業(yè)空間有限，從下部石炭系采場向上致裂侏羅系煤柱及堅硬頂板工藝存在困難。如將液體炸藥經(jīng)地面鉆孔超前實施預(yù)裂爆破，可有效改觀此情況。

同時，鑒于石炭系特厚煤層開采實際，采用液體炸藥實施地面鉆孔重復(fù)爆破，有利于解決堅硬致密煤巖反復(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，降低采場瓦斯?jié)舛取?/p>

項目的研發(fā)成功雖帶來了希望，但實際應(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，成功實施了切頂卸壓無煤柱作業(yè)，收到良好的頂板平面定向致裂效果，贏得了口碑。（劉雨亭 賈起巖）