預(yù)裂爆破放頂技術(shù)在堅(jiān)硬頂板綜采面的應(yīng)用

周玉龍

（霍州煤電集團(tuán)悅昌項(xiàng)目部，山西 臨汾031600）

在煤礦開采過程中，頂板事故是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素，特別是當(dāng)工作面的頂板致密堅(jiān)硬，不易垮落情況下，隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)懸頂突然垮落導(dǎo)致頂板“切冒”的同時(shí)發(fā)生暴風(fēng)沖擊，造成人員人身安全受到威脅和工作面設(shè)備的破壞。目前，國內(nèi)主要采取頂板高壓注水、頂板靜壓注水、淺孔循環(huán)放頂、深孔預(yù)裂爆破等幾種技術(shù)對(duì)工作面堅(jiān)硬頂板進(jìn)行弱化。其中深孔預(yù)裂爆破控制堅(jiān)硬頂板方法相對(duì)于其他幾種方法，施工過程與工作面的生產(chǎn)無相互干擾，爆破預(yù)裂對(duì)K2灰?guī)r機(jī)理破壞明顯，預(yù)裂后能及時(shí)回采等。所以，針對(duì)105工作面實(shí)際地質(zhì)條件，選用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)減少采空區(qū)的懸頂面積具有重要意義。

1 工作面概況

105 工作面開采9＃、10＃煤層，工作面煤層底板標(biāo)高960～993m，工作面埋深198～373m，工作面走向長860 m，傾斜方向長220m。9＃煤層厚度為0.8～1.0m，平均厚度為0.9m，煤層傾角4.2°，煤層較薄，但厚度較穩(wěn)定；10＃煤層厚度為2.7～3.3m，煤層傾角4.2°，含0～2層夾矸，局部夾矸厚度達(dá)2.0m以上，極不穩(wěn)定。10＃煤層上方為0.1～0.8m（9＃、10＃層間距）的粉砂質(zhì)泥巖頂板，灰白色、層理發(fā)育。其上為0.9m厚的9＃煤層，頂板巖性為K2灰?guī)r，普氏系數(shù)f＞12，層厚12～15m。該頂板質(zhì)硬、致密，灰黑色，局部有燧石結(jié)合，為堅(jiān)硬頂板。

2 105工作面頂板深孔爆破方案設(shè)計(jì)

105 工作面深孔預(yù)裂爆破炮眼布置參數(shù)，是在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定頂板試樣的物理力學(xué)參數(shù)和利用鉆孔窺視探測(cè)頂板巖體裂隙發(fā)育情況、層理及弱面分布情況的基礎(chǔ)上，通過理論分析和應(yīng)用數(shù)值模擬分析堅(jiān)硬頂板條件下，工作面的來壓強(qiáng)度、工作面支架支撐力集中區(qū)域的基礎(chǔ)之上確定的。

2.1 切眼炮眼布置方式及作用

為保證工作面回采前取得較好的超前預(yù)裂效果，在工作面切眼內(nèi)布置2排炮眼（見圖1），其中“拉槽”孔垂直頂板布置，放頂深度為12～15m，孔徑為94mm，孔間距為5 m；范圍擴(kuò)大孔參數(shù)同上，炮孔向煤壁側(cè)傾角為40°～50°。

切眼“拉槽”孔：將頂板在開切眼切斷，在工作面開切眼形成直線型“拉槽”，使頂板由四端固支變?yōu)槿斯讨?，有效減小工作面的初次來壓步距。

范圍擴(kuò)大孔：改變各炮孔向前的傾角時(shí)，開切眼各處頂板的破壞范圍和破壞程度不一樣，使工作面在推進(jìn)過程中分段來壓，避免由于工作面集中來壓造成的動(dòng)力沖擊，同時(shí)增大開切眼頂板的破壞范圍，使大范圍內(nèi)的直接頂和部分基本頂快速垮落，形成矸石墊層，降低頂板垮落時(shí)造成的沖擊。

圖1 切眼炮眼布置平面示意

2.2 順槽炮眼布置方式及作用

工作面推進(jìn)前，在距切眼20m處上下順槽分別布置炮眼各一組（見圖2），每組布置5個(gè)炮眼，孔徑為94mm，并以此類推施工。其中，主切斷孔深度分別為1＃－95m、2＃－97m、3＃－44m、4＃－25m；仰角1＃－7°、2＃－7°、3＃－15°、4＃－28°；與切眼水平夾角為1＃0°、2＃12°、3＃27°、4＃55°。側(cè)向切斷孔深度均為34m，仰角均為37°，與順槽水平布置，炮眼終孔距頂板12m。

主切斷孔將頂板切斷，減少來壓步距；通過改變炮孔向采空區(qū)方向的傾角使工作面分段來壓，減小來壓強(qiáng)度；側(cè)向切斷孔將頂板側(cè)向切斷，使工作面由三端固支變?yōu)橐欢斯讨В瑴p少工作面來壓步距和來壓強(qiáng)度；使工作面兩順槽在工作面回采過后快速冒落，減少瓦斯的積聚。

圖2 順槽炮眼布置平面示意

3 炮眼施工方法

工作面內(nèi)深孔爆破打孔采用兩臺(tái)坑道鉆機(jī)施工，根據(jù)炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行打孔，孔徑為Φ94mm。采用三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑為Φ94mm，鉆桿直徑為Φ75mm，每根鉆桿長度為1m。深孔爆破由于炮孔較深，為了便于裝藥，需采用特殊的炸藥被筒。炸藥被筒外徑為75mm，每節(jié)炸藥長度1m，延米炮孔消耗藥量5.5kg；裝藥前需先用炮棍探孔；封孔時(shí)采用風(fēng)壓封孔器，封孔材料采用較潮濕的黃土（顆粒度小于5mm），長度不少于5m。炮孔封好泥后，開始聯(lián)線，聯(lián)線采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的方式進(jìn)行，一個(gè)炮孔內(nèi)雷管的聯(lián)接見圖3，放炮使用MFB－100型起爆器。切眼拉槽起爆前，工作面推進(jìn)3m，隨后沿著一個(gè)方向起爆，即從回風(fēng)巷向進(jìn)風(fēng)巷方向順次起爆，一次起爆2組4個(gè)炮孔，順槽爆破時(shí)每次起爆1組5個(gè)炮孔。

圖3 炮眼兩發(fā)雷管的聯(lián)接方式示意

4 預(yù)裂爆破過程中的注意事項(xiàng)

1）保證上下隅角的有效爆破

工作面的上下隅角在開采過程中容易產(chǎn)生瓦斯積聚，對(duì)工作面的安全高效開采構(gòu)成威脅，堅(jiān)硬頂板工作面此問題更加突出。為了保證工作面的上下隅角頂板在開采過程中能夠順利及時(shí)垮落，先采取如下措施：

（1）合理設(shè)計(jì)頂板側(cè)向切斷孔的方位角和密度。

（2）若上下隅角出現(xiàn)大面積懸頂，采用補(bǔ)打淺孔的方式進(jìn)行臨時(shí)處理。

（3）根據(jù)反饋的實(shí)際施工效果對(duì)側(cè)向切斷孔的方位角和密度進(jìn)行調(diào)整。

2）防止發(fā)生殘爆、拒爆

（1）在鉆孔時(shí)盡量將孔內(nèi)巖渣排除，要求鉆桿鉆到規(guī)定深度時(shí)鉆機(jī)空轉(zhuǎn)至少5min。裝藥前利用炮棍進(jìn)行涮孔，確保炮孔通暢，一旦出現(xiàn)塌孔，炮棍涮孔不順利時(shí)，使用鉆機(jī)鉆桿涮孔，利用高壓水的沖力將巖渣排除孔外。

（2）裝藥采用“軸向耦合”裝藥，即藥卷之間緊密連接無間隙，確保藥卷之間無巖渣等障礙物。

3）工作面出現(xiàn)局部垮落不充分時(shí)，采用支架后梁專用孔，向老山方向傾斜施工淺孔，參數(shù)一般為深度6m，迎山角度50°左右，封泥長度不小于3m。采用人工淺孔爆破，保證頂板充分垮落。

5 結(jié)語

通過實(shí)施深孔預(yù)裂爆破，105綜采工作面推進(jìn)至15m時(shí)，頂板出現(xiàn)2／5大面積的跨落，當(dāng)工作面推進(jìn)至25m時(shí)，頂板全部跨落，采空區(qū)被跨落的巖石充實(shí)，在工作面初采過程中，未出現(xiàn)頂板切頂、支架壓死等現(xiàn)象，達(dá)到了頂板預(yù)裂弱化的效果，對(duì)頂板預(yù)裂爆破技術(shù)在礦井其它工作面的應(yīng)用起到了較好的指導(dǎo)意義，保證了礦井的安全生產(chǎn)。