綜放面初采強(qiáng)制放頂深孔爆破技術(shù)

周東亮

（西山煤電集團(tuán)公司 官地礦，山西 太原 030022）

大同馬脊梁礦發(fā)生一起頂板大面積垮落事故，排風(fēng)量約59.4萬(wàn)m3，約20s暴風(fēng)即噴出井口，使礦井造成了重大損失。暴風(fēng)氣浪所經(jīng)之處摧毀工作面及巷道的支架、風(fēng)門(mén)、密閉墻，設(shè)備被掀起破壞，甚至使軌道彎曲，礦車(chē)翻倒，礦井的通風(fēng)、運(yùn)輸系統(tǒng)遭到破壞。

放頂煤工作面初采期間，頂板管理更是安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。為最大限度地減小初次來(lái)壓步距和來(lái)壓強(qiáng)度，防止初采大面積懸頂垮落出現(xiàn)颶風(fēng)、采空區(qū)自燃發(fā)火、瓦斯集中大量涌出等重大安全隱患，采用深孔爆破技術(shù)強(qiáng)制放頂?shù)霓k法。

1 工作面概況

西山煤電集團(tuán)公司官地礦28416工作面以“采9放8”方式回采8#、9#煤層，8#與9#煤層間距0.2～1.5m.28416工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)1438m，采長(zhǎng)198m；8#上煤平均厚度0.56m，8#煤平均厚度3.71 m，9#煤層平均厚度3.02m，8#與9#聯(lián)合開(kāi)采平均厚度7.29m；煤層傾角0～20°；工作面正巷、副巷均采用矩形斷面：凈寬4.2m，凈高3m；切眼采用矩形斷面：凈寬8.5m，凈高3m.

2 頂板裂隙、巖層厚度鉆孔窺視

在28416工作面切眼上方頂板進(jìn)行了巖層厚度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況的鉆孔窺視。探測(cè)地點(diǎn)位置見(jiàn)圖1，在切眼中選取了4處測(cè)點(diǎn)，位置分別為A1、A2、A3、A4.采用防爆鉆孔窺視儀拍攝，其主機(jī)用來(lái)記錄數(shù)據(jù)，并在顯示屏上顯示出觀測(cè)圖像。

圖1 探測(cè)點(diǎn)位置示意圖

根據(jù)鉆孔窺視結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8#煤層上方石灰?guī)r頂板致密完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，在工作面回采過(guò)程中不易垮落，引起初次來(lái)壓較大的顯現(xiàn)，需要進(jìn)行爆破預(yù)裂處理。

3 深孔爆破炮孔布置參數(shù)

3.1 頂板處理高度的確定

28416工作面切眼高度3m，煤層回采時(shí)最大采高3.5m，本次計(jì)算按最大采高：Hc=3.5m（割煤高）、HF=3.79m（放煤高），設(shè)頂板崩落厚度為Hx，巖石碎脹系數(shù)為ξ=1.2，為保證冒落頂板能完全充填采空區(qū)，有如下公式成立：

計(jì)算得，Hx=13.71m，即需在8#煤上方13.71m頂板爆破處理。

考慮到切眼上方是3.79m厚的頂煤，初步確定28416工作面頂板巖層處理范圍為切眼頂板至上方（3.79m+13.71m）=17.5m的垂直高度。結(jié)合工作面頂板巖層厚度分布情況可知，處理范圍包括：8#煤層、8#煤層上方泥巖、上方3.01m石灰?guī)r、上方8.72m厚石灰?guī)r的一部分，剩余的石灰?guī)r可在礦壓作用下自行垮落。

頂板弱化處理后垮落充填情況見(jiàn)圖2.

圖2 爆破處理高度示意圖

爆破崩落頂板后充填情況見(jiàn)圖3.

圖3 爆破崩落頂板后充填情況示意圖

3.2 切眼深孔爆破方案

根據(jù)頂板巖層位置，炮孔深度26.61m時(shí)可以達(dá)到處理范圍。因此，在切眼內(nèi)布置A、B兩排炮孔，兩組炮孔都平行于切眼軸線，成對(duì)布置，見(jiàn)圖4.所有炮孔向回風(fēng)巷側(cè)偏斜。

圖4 爆破炮孔剖面、平面圖

每組炮孔沿切眼頂板呈直線形排列，每隔10m布置1個(gè)炮孔，共布置20個(gè)炮孔，編號(hào)分別為A1～A20、B1～B20，A1、B1孔深15m，其余孔深均為27 m.為便于施工，A組孔距切眼后幫煤壁1m左右（以鉆機(jī)擺放方便施工為準(zhǔn)），A、B兩組孔排距2m左右。為了施工及裝藥方便，炮孔按40°仰角施工，為避開(kāi)錨桿、錨索托盤(pán)等物體，實(shí)際施工時(shí)孔口位置可微調(diào)30cm左右。

切眼拉槽處的炮孔參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 切眼拉槽爆破炮孔參數(shù)表

4 深孔爆破工藝

4.1 鉆孔

28416工作面深孔爆破的炮孔施工最好采用兩臺(tái)鉆機(jī)，爆破打孔可采用坑道鉆機(jī)，根據(jù)炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行打孔，孔徑為94mm.采用三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑為94mm，鉆桿直徑為75mm或63.5mm，每根鉆桿長(zhǎng)度為1m.

在鉆孔施工過(guò)程中，要采用坡度儀準(zhǔn)確定位炮孔角度，打孔后記錄和檢查打孔情況。因炮孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了使爆破達(dá)到預(yù)期的效果并保證安全，炮孔角度不能偏離太大，充許偏離的角度為±1°.在鉆孔時(shí)盡量將孔內(nèi)煤渣排除，要求鉆桿鉆到規(guī)定深度時(shí)鉆機(jī)空轉(zhuǎn)5min.

4.2 裝藥

探孔。裝藥前需先用“便捷式炮棍”探孔，探測(cè)炮孔深度，目的是了解炮孔的深度，進(jìn)而確定裝藥情況。

送入炸藥。裝藥采用炸藥被筒托裝方式，即先將炸藥、導(dǎo)爆索放入d75mm的炸藥被筒內(nèi)，然后將被筒塞入炮孔。炸藥采用煤礦許用二級(jí)或三級(jí)乳化炸藥即可，每米裝藥量約3.5kg，導(dǎo)爆索采用煤礦許用導(dǎo)爆索，d6～8mm.對(duì)剩余的炮孔進(jìn)行封泥，以防止明火起爆造成瓦斯等災(zāi)害事故。裝好的炸藥見(jiàn)圖5.

圖5 深孔炸藥裝藥示意圖

4.3 封泥

深孔爆破封孔長(zhǎng)度一般大于3m，且炮孔直徑大，本次深孔爆破對(duì)封孔要求嚴(yán)格，因此，需采用專(zhuān)業(yè)封孔機(jī)具，見(jiàn)圖6，封孔器靠風(fēng)壓吹送噴射方式，將封孔材料噴入孔內(nèi)。

圖6 封孔器及封孔效果示意圖

4.4 爆破

切眼拉槽爆破在支架安裝完畢后，工作面推進(jìn)3～4刀煤開(kāi)始進(jìn)行，即工作面后方切眼處有打鉆施工空間。

炮孔封好泥后，開(kāi)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)接方式見(jiàn)圖7.放炮使用MFB-100型起爆器，爆破母線必須大于規(guī)定的爆破距離，放炮安全距離不小于200 m.切眼拉槽時(shí)一次起爆4個(gè)炮孔。

圖7 一個(gè)炮孔內(nèi)兩發(fā)雷管的聯(lián)接方式示意圖

4.5 設(shè)備和火工品

炸藥使用3號(hào)煤礦許用乳化炸藥，d94mm孔裝炸藥的藥卷規(guī)格d75mm×1000mm.雷管采用煤礦許用8#普通瞬發(fā)電雷管。

5 安全技術(shù)措施

1）必須采用煤礦許用導(dǎo)爆索，連接導(dǎo)爆索時(shí)，不準(zhǔn)有折斷或破裂現(xiàn)象。支線的方向必須與主線傳爆方向和起爆雷管的起爆方向一致，支線與主線的夾角不得小于90°.為保證爆破的安全可靠，在導(dǎo)爆索干線的同一處只允許接上一根支線。

2）當(dāng)用雷管起爆導(dǎo)爆索時(shí)，起爆導(dǎo)爆索的雷管應(yīng)綁在距導(dǎo)爆索端部15cm處，雷管的集能穴應(yīng)朝向?qū)П鞯膫鞅较?，只允許在起爆前將雷管綁在導(dǎo)爆索上。

3）必須配備專(zhuān)職瓦檢員，并經(jīng)常檢測(cè)瓦斯情況，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%或風(fēng)量不足時(shí)，必須停止作業(yè)，撤出人員。

4）裝藥放炮嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度，裝藥前要認(rèn)真檢查工作地點(diǎn)附近20m范圍內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，只有在瓦斯?jié)舛刃∮?%，才可裝藥。

5）爆破作業(yè)時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行“三人連鎖”放炮制度。爆破后，要將爆破母線、發(fā)爆器、瓦斯報(bào)警儀等收拾整理好，清點(diǎn)剩余的電雷管、炸藥，填寫(xiě)好消耗單，剩余火工品交回火藥庫(kù)。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)28416工作面初采期間頂板進(jìn)行強(qiáng)放，可以減小初次來(lái)壓步距，降低初次來(lái)壓強(qiáng)度，使得保護(hù)液壓支架不受較大的動(dòng)載沖擊，防止大面積懸頂造成颶風(fēng)傷人事故；降低了采空區(qū)大量遺煤自然發(fā)火傾向性；防止瓦斯瞬間大量涌出，初采期間頂板不垮落，采空區(qū)內(nèi)的大范圍自由空間積聚瓦斯，一旦頂板突然垮落，勢(shì)必造成瓦斯瞬間大量涌出，容易造成災(zāi)害；提高了放頂煤回收率，工作面初期推進(jìn)30～50m的頂煤松散、破碎，更容易從支架放煤口放出；采空區(qū)充填效果好，破碎的頂板能夠較好的充填采空區(qū)，有效減少了漏風(fēng)。最終實(shí)現(xiàn)了28416工作面初采的安全生產(chǎn)，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。