馬蘭礦18506工作面初采期卸壓放頂技術(shù)研究

張　斌

(西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西　太原　030205)

1　卸壓意義及工作面簡介

采煤工作面初采期間頂板垮落步距大，易造成沖擊地壓、壓架、片幫、瓦斯積聚等諸多安全問題，因此《煤礦安全規(guī)程》第105條規(guī)定：采煤工作面用垮落法管理頂板時，必須及時放頂，頂板不垮落、懸頂距離超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定的，必須停止采煤并采取人工強制放頂或者其他措施進行處理。馬蘭礦18506工作面，切眼總長250 m， 距離切眼后上方的水平錯距96 m、垂高約70 m處，有一條南八南九膠帶運輸大巷，18506工作面示意圖見圖1.為了確保18506工作面回采期間，該運輸大巷不在覆巖破壞范圍內(nèi)，同時也為了頂板及時垮落而不造成其他安全問題，需要對18506面初采期間進行卸壓和強制放頂。

圖1　18506工作面示意圖

2　頂板卸壓技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1　頂板注水卸壓技術(shù)研究現(xiàn)狀

注水弱化頂板技術(shù)有頂板高壓注水及頂板低壓注水兩種。頂板高壓注水即從工作面順槽或者專門工藝巷道向頂板打孔并且注入高壓水。高壓水能夠?qū)敯鍘r石進行軟化或壓裂，增加和擴展頂板原始裂隙。高壓水在巖體中形成壓力坡降，使水更好地在巖體中透過裂隙、節(jié)理、層理及其他弱面，在巖體中產(chǎn)生物理和化學作用，目前這種方法已經(jīng)成為國內(nèi)外堅硬頂板處理的主要方法之一。頂板靜壓注水即提高頂板含水量，借此降低頂板的強度，達到縮小頂板垮落步距的目的，即可避免強烈來壓現(xiàn)象，但使用該方法的前提是頂板巖石吸水性強，且吸水后其強度明顯降低。

2.2　頂板爆破卸壓技術(shù)研究現(xiàn)狀

爆破弱化是用爆破的方法人為將頂板切斷，使初次來壓前的四邊固支梁變?yōu)槿吂讨Я?，可以使頂板提前斷裂，達到卸壓目的。目前爆破弱化的方法有循環(huán)式淺孔放頂、步距式深孔爆破、超前深孔爆破預裂頂板、地面深孔放頂。現(xiàn)有資料表明，在頂板爆破卸壓方法中，因深孔爆破預裂頂板對工作面生產(chǎn)影響較小，且爆破效果較明顯，得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3　18506工作面切頂爆破參數(shù)

3.1　爆破裂隙擴展孔間距依據(jù)

由于A組炮孔較深，建議采用d50 mm的凹槽筒爆破；而B組炮孔需將頂板崩落且炮孔較淺，因此B組采用d63 mm凹槽筒爆破，可將錨索等支護體充分毀壞。A組深孔爆破所用爆破筒d50 mm，炮孔d85 mm；B組炮孔采用爆破筒d63 mm，炮孔d94 mm.根據(jù)聲學近似原理，煤巖體中的柱狀藥包爆炸在不耦合裝藥條件下，計算得裂隙區(qū)半徑為Rp=4 160 mm，考慮爆破的目的僅為弱化頂板，則確定炮眼間距為8 m.

3.2　炮孔布置方案

本次施工兩排炮孔，根據(jù)頂板巖層位置及炮孔傾斜角度，A組炮孔深度40 m，仰角60°,向前擺角5°;B組炮孔深30 m，仰角30°,沿切眼方向平行布置，見圖2.如果在打孔過程中遇到巖石松散破碎區(qū)域，可根據(jù)實際頂板破碎情況，確定是否需要打孔爆破。

圖2　18506工作面炮眼布置示意圖

每組炮孔孔口沿切眼頂板呈直線形排列，A、B成對布置、每隔8 m布置一對炮孔，炮孔編號分別為A1～A32、B1～B32，為便于施工A組緊貼煤壁前幫頂板開口，B組孔距切眼后幫煤壁2 m即可，A、B兩組孔排距約6 m.

A組孔按75 mm孔徑、填裝d50 mm爆破筒，每米裝藥量約1.5 kg；B組孔按94 mm孔徑，為了將錨索等支護體毀壞，填裝d63 mm爆破筒，則每米裝藥量約2.5 kg.

3.3　工程量及工期安排

本次切眼炮孔總長度約1 280(75 mm孔徑)+960(94 mm孔徑)=2 240 m，裝藥總長度約1 632 m，共需炸藥3 248 kg，見表1.

表1　切眼爆破炮孔參數(shù)表

A組炮孔的打鉆、裝藥、爆破均在切眼刷擴時進行，基本不影響安裝進度。B組炮孔的打鉆可跟著切眼刷擴進行，但裝藥、爆破需待工作面向前推進2 m時進行。

4　爆破預裂效果觀測

1) 爆破弱化頂板前后，分別對頂板鉆孔進行窺視。爆破前鉆孔壁比較完整，爆破后鉆孔壁出現(xiàn)了較多的碎片、微裂縫和較大的裂縫。 窺視結(jié)果表明爆破對頂板巖石起到了有效的致裂弱化作用。

2) 爆破預裂后，18506工作面基本頂初次來壓步距為12.5 m，比未實施爆破斷頂?shù)墓ぷ髅娣謩e提前了11 m，大幅度降低了因頂板來壓步距大造成的安全隱患。

5　結(jié)　論

馬蘭礦18506工作面頂板爆破預裂處理后，不僅避免了由于頂板垮落步距大而影響南八南九運輸大巷穩(wěn)定性，而且避免了18506綜采工作面通風困難、上隅角瓦斯?jié)舛雀?、來壓時出現(xiàn)壓架與片幫等災害，對于煤礦安全、高效、可持續(xù)開采有著十分重要的意義。

[1]宋永津. 注水、壓裂、弱化—控制煤層堅硬難冒頂板技術(shù) [M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2002:6-9.

[2]李超, 康天合, 張彬. 綜放初采期深孔預裂爆破弱化頂板的試驗研究[J]. 煤礦安全, 2015, 46(10):28-31.

[3]崔永杰，孫琪，鄭躍兵，等. 堅硬頂板弱化處理防止瓦斯驟然涌出 [J]. 煤炭技術(shù)，2011，30(12):80-82.

[4]康天合，柴肇云，李義寶，等. 底層大采高綜放全厚開采20m特厚中硬煤層的物理模擬研究 [J]. 巖石力學與工程學報，2007，26(5):1065-1072.

[5]賈喜榮. 巖石力學與巖層控制 [M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2010:67-70.

[6]郭德勇，商登瑩，呂鵬飛，等. 深孔聚能爆破堅硬頂板弱化試驗研究 [J]. 煤炭學報，2013，38(7):1149-1153