綜采工作面初采期間深孔預(yù)裂爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)應(yīng)用

劉桂璋 許春寶 薛雄飛

（陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

杭來灣煤礦投產(chǎn)初期，受地質(zhì)條件影響，綜采工作面初采期間曾經(jīng)受頂板懸頂災(zāi)害影響制約，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷、現(xiàn)場作業(yè)人員作業(yè)期間受大面積懸頂沖擊巨大威脅[1-3]。杭來灣煤礦在工作面初采前在切眼穿鑿深孔，經(jīng)控制性深孔強(qiáng)制爆破放頂（簡稱“強(qiáng)制放頂”），強(qiáng)制破壞采空區(qū)頂板的完整性使其提前垮落，達(dá)到減小基本頂初次來壓的步距、減弱初次來壓破壞程度的目的。

1 概況

杭來灣煤礦一盤區(qū)30110 綜采工作面開采煤層為3 號煤層，基本頂巖性為中砂巖～粗砂巖，均厚22 m；直接頂巖性泥巖～粉砂巖，均厚4.1 m。30110 工作面長度299.1 m，煤層厚度7.9～9.0 m，平均厚度8.5 m。根據(jù)之前9 個(gè)工作面初采實(shí)際觀測，基本頂初次來壓步距LO=80～120 m，周期來壓步距Ci=14.5～17.0 m。該爆破項(xiàng)目，井下爆區(qū)范圍310.0 m×5.0 m，起爆巖石方量為16 740 m3（42 500 t）。

2 深孔爆破方案設(shè)計(jì)

為了減輕30110 工作面基本頂初次來壓對支架造成的沖擊載荷，決定在工作面切眼進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破，破壞頂板的完整性，使其盡早垮落。

2.1 炮眼布置和鉆孔

（1）強(qiáng)制放頂?shù)呐诳字行木€平行于切眼中心線，距離切眼副幫2.5 m，孔距為6 m、6.5 m，設(shè)計(jì)炮孔直徑95 mm，爆區(qū)全長為30.5 m。共布置掏槽孔14 個(gè)、主爆孔38 個(gè)、輔助孔13 個(gè)，共計(jì)65個(gè)炮孔，孔口沿炮孔中心線呈“一”字形排列，均為傾斜炮孔，仰角30°，垂深為4～12 m，爆破采用一次性裝藥，分三次起爆的分區(qū)起爆方案，如圖1。其中1+1b、2、3、4 號和 5+5b 號7 個(gè)炮孔孔底朝向30110 輔運(yùn)順槽，其余炮孔孔底均朝向30110回風(fēng)順槽。

圖1 炮孔布置圖

（2）強(qiáng)制放頂?shù)奶筒叟诳撞贾迷谇醒勰z運(yùn)順槽一側(cè)，掏槽爆破區(qū)段全長63 m，共14 個(gè)炮孔。其5+5b 號和 6+6b 號孔，4 號和7 號孔，3 號和8 號孔，2號和9號孔，1+1b號和10+10b號孔兩兩對稱呈“八”字形布置，楔形掏槽[4]。掏槽孔的深度分別為8 m、12 m、16 m、22 m 和 24 m。其孔間距離，在5+5b和6+6b 號孔間為15 m，其他均為6.0 m。

（3）其余自11 號炮孔起，分別依照18 m、21 m、24 m 孔深的三階梯組合，6.5 m 孔距的固定格式，依次順序向回風(fēng)順槽方向延續(xù)，至48 號炮孔終結(jié)。

（4）為加強(qiáng)破碎效果，在每一組三階梯組合的24 m 深孔處，另行增加一個(gè)同相位的平行炮孔，炮孔深度15 m。該加強(qiáng)孔在炮孔中心線靠近副幫一側(cè)布置，其橫向孔距為1.0 m。

（5）位于回風(fēng)順槽部位的47 號和48 號炮孔，處于爆區(qū)的末端，受周圍巖體的夾制作用相對較大，故將47 號炮孔的深度調(diào)整為21 m，并在該炮孔靠近副幫一側(cè)，對應(yīng)增加同相位的48b 號炮孔，炮孔深度15 m，以加強(qiáng)破碎效果，促使頂板順利塌落。

2.2 爆破參數(shù)選擇及裝藥量計(jì)算

（1）炮孔的裝藥系數(shù)，在掏槽區(qū)段的1 號～10號炮孔間，5+5b 號和 6+6b 號孔為0.60，其余炮孔為0.666，主爆區(qū)炮孔均為0.666。

（2）各炮孔裝藥長度分別按各炮孔的裝藥系數(shù)，依據(jù)公式LY=（0.60～0.666）LK計(jì)算各炮孔的裝藥系數(shù)。

（3）當(dāng)裝藥護(hù)套PVC 管內(nèi)徑為Ф70 mm 時(shí)，炮孔的裝藥密度為3.3 kg/m。

（4）各炮孔的裝藥量，按Q孔=LY×3.3 。

（5）炮孔的充填長度計(jì)算：LD= （0.40～0.333）×LK，取堵塞系數(shù)為 0.40～0.333。

上述各式中：Q孔為單孔裝藥量，kg；LK為炮孔深度，m；LY為炮孔裝藥長度，m；LD為炮孔堵塞長度，m。

2.3 起爆網(wǎng)路聯(lián)接及起爆順序

（1）孔內(nèi)全段裝藥使用兩根導(dǎo)爆索并聯(lián)引爆，且導(dǎo)爆索須穿入PVC 護(hù)套由孔底延伸至孔口以外2.5 m 處，使用兩發(fā)毫秒電雷管正向綁扎在兩根導(dǎo)爆索端頭后延15 cm 處。兩發(fā)雷管并聯(lián)，孔間串聯(lián)。電爆網(wǎng)路為并—串聯(lián)連接方式[5]。

（2）起爆雷管和導(dǎo)爆索聯(lián)接包扎完成后，應(yīng)理順并送入炮孔內(nèi)安置妥當(dāng)后，再用孔口木塞封堵牢靠。雷管的腳線，須置于木塞預(yù)留的溝槽內(nèi)引出，接入?yún)^(qū)間網(wǎng)路。

（3）本次強(qiáng)制放頂切眼較長，面積較大，炮眼較多，藥量較大。為預(yù)防爆破瞬間沖擊波的危害，消減爆破的振動效應(yīng)，決定實(shí)施一次裝藥，分三區(qū)逐次起爆的分區(qū)起爆方案。即在全部炮孔裝填堵塞完成后，將起爆網(wǎng)路分為三個(gè)爆區(qū)聯(lián)接。

第一爆區(qū)為掏槽爆破區(qū)段，長63 m，共14 個(gè)炮孔，分5 個(gè)毫秒段。起爆順序5+5b 和6+6b 孔為毫秒1 段，4 號和7 號孔為毫秒2 段，3 號和8 號孔為毫秒3 段，2 號和9 號孔為毫秒4 段，1+1b 和10+10b 號孔為毫秒5 段。兩兩對稱呈“八”字形依次起爆。起爆總藥量454.8 kg，最大起爆藥量為毫秒5 段171.6 kg。

第二爆區(qū)為11 號炮孔至28b 號炮孔區(qū)段，長117 m，起爆炮孔24 個(gè)，分5 個(gè)毫秒段起爆。起爆順序11、12、13/13b 號孔和14、15、16/16b 號孔為毫秒1 段，17、18、19/19b 號孔為毫秒2 段，20、21、22/22b 號孔為毫秒3 段，23、24、25/25b號孔為毫秒4 段，26、27、28/28b 號孔為毫秒5 段。該爆區(qū)總藥量為1 029.6 kg，最大分段起爆藥量為毫秒1 段343.2 kg。

第三爆區(qū)為29 號炮孔至回順巷道的48b 號終端炮孔處，長130 m，起爆炮孔27 個(gè)，分5 個(gè)毫秒段起爆。起爆順序29、30、31/31b 號孔和32、33、34/34b 號孔為毫秒1 段，35、36、37/37b 號孔毫秒2 段，38、39、40/40b 號孔為毫秒3 段，41、42、43/43b 號孔和44、45、46/46b 號孔為毫秒4 段，47、48、48b 號孔為毫秒5 段。該爆區(qū)總藥量為1 161.6 kg，最大段起爆藥量分別為第1、4 毫秒段，均為343.2 kg。

3 爆破施工注意事項(xiàng)

3.1 地面預(yù)先裝藥的準(zhǔn)備工作

受井下切眼部位的環(huán)境限制，裝藥預(yù)先在地面分段裝填組合。以Ф75 mm×4.0 m PVC 塑料管為裝藥護(hù)套管，先將導(dǎo)爆索裝入管內(nèi)，隨后將Ф35 mm×0.2 m 規(guī)格的乳化炸藥成型藥卷，每3 個(gè)為一組，逐組裝入護(hù)套內(nèi)，并按各個(gè)炮孔的裝藥數(shù)量和裝藥長度，匹配不同長度的短節(jié)護(hù)套。

堵塞炮孔的炮泥，須提前在地面采用黃土和沙土加適量的水拌和均勻，經(jīng)炮泥機(jī)加工擠出Ф60 mm×（120～150）mm 的泥棒裝箱（袋）備用。為保證炮孔的堵塞質(zhì)量，預(yù)先在地面制作孔口圓木楔子[6]，規(guī)格為Ф75 mm（小頭）～Ф110 mm（大頭）×300 mm，楔子兩側(cè)須開槽用于安置及保護(hù)電起爆網(wǎng)路，防止擠斷起爆網(wǎng)路。

3.2 炮孔裝藥及堵塞注意事項(xiàng)

裝藥時(shí)把組裝而成的帶有導(dǎo)爆索的PVC 塑料藥管同時(shí)用力向孔底方向頂推，最后一節(jié)裝藥管頂推至孔口時(shí)，須立即在其底部加裝“逆止片”并將全部藥管頂推到設(shè)計(jì)位置。隨后接續(xù)推入制備的炮泥棒并經(jīng)擠壓使其和孔壁堵塞緊密，炮泥封孔長度須大于1/3 炮孔深度。為了防止逆止片刮斷導(dǎo)爆索，本次裝藥在最末節(jié)裝藥PVC 管后面緊接著連接Ф16 mm×4000 mm 的導(dǎo)爆索保護(hù)套管[7]。裝藥時(shí)PVC 套管的推進(jìn)角度要與炮眼方向完全一致，避免PVC 管折斷，中途停頓時(shí)要防止藥管從炮眼中溜出傷人，炮眼填塞水炮泥時(shí)一定要封實(shí)，封口木楔要釘緊。炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 藥卷裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

（1）該爆破技術(shù)應(yīng)用前，綜采工作面基本頂初次來壓前，為盡可能減小基本頂初次來壓步距，多采取慢速推采（8.5 m/d）生產(chǎn)方式，基本頂初次來壓步距105 m。采取該爆破技術(shù)后，工作面基本頂初次來壓前，推采速度10.2 m/d，較以前提升10%，基本頂初次來壓步距縮減至73 m，較以前降低30.5%，較大幅度延長了正?；夭蓵r(shí)間。

（2）該強(qiáng)制放頂爆破技術(shù)歷經(jīng)數(shù)次修改、完善、實(shí)踐驗(yàn)證，最終形成了安全可靠、技術(shù)成熟、施工簡單的綜采工作面初采期間強(qiáng)制放頂安全技術(shù)，消除了煤礦綜采工作面初采期間頂板災(zāi)害事故隱患，改善了煤礦井下現(xiàn)場作業(yè)安全條件。