火成巖頂板工作面深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

鞏紅林

摘 要：通過(guò)對(duì)火成巖頂板工作面初采期間采空區(qū)大面積懸頂引發(fā)的安全問(wèn)題進(jìn)行分析研究，選擇實(shí)施深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)。通過(guò)實(shí)踐，改進(jìn)并完善深孔爆破強(qiáng)制放頂工藝和施工方法，解決了影響深孔爆破強(qiáng)制放頂效果的關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)制放頂?shù)念A(yù)期效果，給工作面安全回采打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，為開采類似工作面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：火成巖；深孔爆破；強(qiáng)制放頂；導(dǎo)爆索

中圖分類號(hào)：TV542 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）15-0159-02

Abstract： Based on the analysis of safety problems caused by large area suspended roof in goaf during the initial mining period of igneous roof face， the technology of forced roof placement by deep hole blasting is selected. Through practice， the technology and construction method of forced roof placement by deep hole blasting are improved and improved. The key problems affecting the effect of forced roof placement by deep hole blasting are solved， and the expected effect of forced roof blasting is realized， which lays a solid foundation for safe mining of working face. At the same time， valuable experience has been accumulated for mining similar working face.

Keywords： igneous rock； deep-hole blasting； forced roof caving； detonation cable

1 地質(zhì)概況

大興煤礦N1708工作面位于北一采區(qū)東部，本工作面煤巖形態(tài)為一單斜狀，煤種為氣煤，煤層傾角13°，煤層厚度在1.22～3.96m之間，一般為3.4m，煤層垂直節(jié)理發(fā)育，走向近東西，煤層呈黑色，由暗亮煤組成，條帶結(jié)構(gòu)。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾石較薄，一般在0.05m左右，巖性以泥巖、粉砂巖為主，硬度較小。該工作面位于7-2煤層中，兩順沿煤層頂板布置。根據(jù)地質(zhì)鉆孔情況，工作面火成巖侵入較為嚴(yán)重，主要以巖床形式侵入，火成巖侵入層位在4-2與7-2煤層之間，呈現(xiàn)出東北部薄，西南部厚的趨勢(shì)，南部最厚為74.81m。主要影響區(qū)域在1切眼工作面運(yùn)順側(cè)，走向50m，傾向110m。

2 工作面情況

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式全部垮落綜合機(jī)械化開采方法。該工作面受火成巖影響，設(shè)計(jì)布置成大小面“刀把形”。一切眼可采走向長(zhǎng)135m，傾斜長(zhǎng)110m；二切眼可采走向長(zhǎng)255m，傾斜長(zhǎng)150m。一切眼布置了ZY6400/23/47型液壓支架66組，ZZ6400/24/47型液壓支架10組。二切眼布置了ZY6400/23/47型待加液壓支架27組，前端頭布置了ZZD24500/20/35型液壓支架2組，兩順超前支護(hù)選用ZT-9200/22/42型替棚支架支護(hù)。

3 影響安全回采因素

N1708工作面火成巖直接覆蓋一切眼煤層上方，厚度達(dá)到74.81m，初采期間將會(huì)造成采空區(qū)大面積懸頂，對(duì)安全回采構(gòu)成極大威脅，主要有以下幾方面：

（1）隨著工作面開采，采空區(qū)懸頂面積不斷增加，造成頂板初次來(lái)壓步距加大，壓力積聚，隨著壓力的遞增，會(huì)導(dǎo)致工作面液壓支架被壓死或出現(xiàn)大面積片幫冒頂事故。

（2）初次來(lái)壓期間，頂板大面積突然冒落，形成高壓沖擊氣流威脅工作面人員安全、破壞綜機(jī)設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施。

（3）采空區(qū)突然冒落，大量瓦斯和有害氣體涌出，必然造成瓦斯超限，導(dǎo)致發(fā)生瓦斯事故或窒息傷亡事故。

（4）初次來(lái)壓步距加大，頂板壓力加劇，工作面煤體承壓增加，容易造成煤與瓦斯突出事故。

4 方案設(shè)計(jì)及施工

針對(duì)火成巖頂板，采取深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)。強(qiáng)制放頂技術(shù)首先要破壞火成巖頂板的完整性，使老頂形成懸臂狀，造成切頂線前移，實(shí)現(xiàn)工作面隨采隨落的目的。其次讓工作面老頂形成自由面，根據(jù)頂板巖層斷裂失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)原理，并充分利用礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，縮短初次來(lái)壓步距，使上覆巖層較易垮落。同時(shí)，強(qiáng)制放頂冒落巖石要充滿或基本充滿采空區(qū)，對(duì)上覆巖層起支撐或墊層作用，從而減弱頂板垮落的沖擊強(qiáng)度。

（1）方案設(shè)計(jì)：根據(jù)工作面火成巖厚度、巖石膨脹系數(shù)及切眼高度，確定強(qiáng)制放頂基本高度3-12m。在液壓支架后方2.4m范圍內(nèi)布置2排爆破孔，爆破孔與工作面傾斜方向平行布置，傾角25-50°，第一排在距工作面下幫0.8m處，孔間距4-6m，排距為0.8m，呈“一字眼“布置，并在前三角點(diǎn)布置掏槽眼，共設(shè)計(jì)爆破孔41個(gè)，孔深3-20m，累計(jì)深519.4m。

（2）爆破孔施工：工作面推進(jìn)2.4m后停采，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選用SGZ-ⅢA型鉆機(jī)施工爆破孔，鉆頭 75mm。爆破孔方位、傾角由地測(cè)科專業(yè)技術(shù)人員測(cè)定，施工過(guò)程中由地測(cè)科全程監(jiān)督并負(fù)責(zé)驗(yàn)收。每個(gè)爆破孔施工完畢逐孔檢驗(yàn)，編號(hào)記錄。

（3）制作藥卷：將每根導(dǎo)爆索與藥卷串接在一起，第一根導(dǎo)爆索與藥卷捆綁并安裝在藥卷里側(cè)300mm處，送到爆破孔眼底。第二根導(dǎo)爆索安裝在最外側(cè)藥卷內(nèi)300mm處。導(dǎo)爆索與藥卷裝入爆破孔后，孔口預(yù)留300mm空間，剩余爆破孔用粘土炮泥和水泥錨固劑封實(shí)。

（4）由于爆破孔深度達(dá)到20m，每孔裝藥長(zhǎng)度達(dá)到13m，為保證爆破效果采用了雙導(dǎo)爆索和雙雷管起爆一個(gè)孔的炸藥，但要分開連接，每根導(dǎo)爆索連接一個(gè)雷管，連接時(shí)應(yīng)使導(dǎo)爆索導(dǎo)爆方向與雷管聚能穴方向一致。

（5）爆破工藝：炸藥型號(hào)為煤礦許用被筒三級(jí)乳化炸藥，藥卷直徑為 60mm，長(zhǎng)度為750mm；雷管型號(hào)為煤礦許用毫秒延期電雷管，導(dǎo)爆索型號(hào)為SBMS-5，發(fā)爆器型號(hào)為Fd200L（B）型，水泥錨固劑規(guī)格為 32×250型。工作面所有爆破孔裝藥一次完成，采用正向裝藥，聯(lián)線方式為串聯(lián)，裝藥系數(shù)為0.65，炮泥裝填系數(shù)為0.35。每次起爆孔數(shù)量不得超過(guò)10個(gè)，共啟爆6次，單孔最大裝藥量45.6kg，單次啟爆最大藥量324kg，總裝藥量1.2t。

5 強(qiáng)制放頂工藝中應(yīng)注意的問(wèn)題

為保證爆破安全和強(qiáng)制放頂?shù)男Ч?，爆破作業(yè)應(yīng)合理安排各道工序盡可能連續(xù)進(jìn)行，以縮短施工時(shí)間，并做好各種保護(hù)措施以確保操作人員的安全。

（1）地面成立爆破指揮部，負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)各系統(tǒng)；井下成立了爆破領(lǐng)導(dǎo)小組，現(xiàn)場(chǎng)跟班指揮爆破作業(yè)。

（2）提前對(duì)工作面、兩順及外圍頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，重點(diǎn)是每循環(huán)放炮后行人路線的頂板隱患排查。

（3）提前1-2d對(duì)N1708工作面、兩順、外圍通風(fēng)設(shè)備檢查、改造及加固工作，并對(duì)兩順及沿線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢修，確保監(jiān)測(cè)設(shè)備靈敏可靠、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。爆破前完成N1708工作面、兩順及外圍回風(fēng)巷幫、頂、底板的全面洗塵工作。同時(shí)，安排專人對(duì)N1708工作面、兩順及外圍回風(fēng)巷道、密閉進(jìn)行自然發(fā)火檢查。

（4）擴(kuò)大警戒范圍，確保爆破安全。如此大藥量爆破在大興煤礦尚屬首例，因此，整個(gè)北一采區(qū)從裝藥開始到爆破結(jié)束全部停產(chǎn)，在進(jìn)入N1708回風(fēng)流區(qū)域的巷道入口全部設(shè)警戒，包括總排，防止CO超限，發(fā)生窒息傷亡事故。啟爆點(diǎn)選在距爆破點(diǎn)1000米的新鮮風(fēng)流中，每個(gè)警戒點(diǎn)安設(shè)1部電話，便于聯(lián)絡(luò)。

（5）安排安監(jiān)員擔(dān)任專職的警戒人員，安監(jiān)大隊(duì)提前對(duì)警戒人員進(jìn)行培訓(xùn)，明確每名警戒員的警戒位置。裝藥前，由地面指揮部下達(dá)指令，清凈警戒區(qū)域內(nèi)人員，警戒員到達(dá)警戒指定位置后設(shè)警戒旗，并用電話向地面指揮部匯報(bào)。

（6）每次啟爆前將N1708邊切兩道風(fēng)門同時(shí)敞開，防止高壓沖擊氣流破壞通風(fēng)設(shè)施。為避免風(fēng)流短路，在兩道風(fēng)門之間用皮帶吊掛一道門簾。皮帶門簾與底板相接嚴(yán)實(shí)，釘制牢固。當(dāng)爆破沖擊波沖擊門簾后，門簾自動(dòng)恢復(fù)，確保工作面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

（7）運(yùn)送炸藥使用專用車。雷管、炸藥必須分開單獨(dú)運(yùn)輸。運(yùn)送前必須由調(diào)度統(tǒng)一安排，避開人員集中上下井時(shí)間，由保衛(wèi)科專職人員押運(yùn)。

（8）裝藥前，由地面指揮部向各停電單位下達(dá)停電指令，并由機(jī)電科指派專職人員進(jìn)行停電監(jiān)督，各單位停電后用電話向地面指揮部匯報(bào)，并由機(jī)電科確認(rèn)。

（9）裝藥爆破：裝藥嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，首次爆破后，間隔至少60分鐘后進(jìn)入爆破地點(diǎn)，從第二次開始間隔至少30分鐘后進(jìn)入。爆破后從運(yùn)順進(jìn)入人員前，先由兩名救護(hù)隊(duì)員帶呼吸器由運(yùn)順進(jìn)入，檢查沿線、起爆地點(diǎn)氣樣，各項(xiàng)指標(biāo)正常后，向地面指揮部匯報(bào)。由地面指揮部向井下爆破領(lǐng)導(dǎo)小組發(fā)出進(jìn)入指令后，方可進(jìn)入進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。

6 取得成果

（1）爆破造成工作面架后頂板形成深4-6m的溝槽，破壞火成巖頂板的完整性，使直接頂形成懸臂狀，實(shí)現(xiàn)工作面采空區(qū)頂板隨采隨落的目的，杜絕了采空區(qū)大面積懸頂引發(fā)的安全問(wèn)題。

（2）頂板初次來(lái)壓平穩(wěn)，采空區(qū)全部垮落并冒嚴(yán)，初次來(lái)壓后，回采過(guò)程中采空區(qū)頂板冒落跟進(jìn)及時(shí)，未出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象。實(shí)踐證明，強(qiáng)制放頂工作取得了預(yù)期效果，給工作面安全回采打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)的成功應(yīng)用，為開采火成巖或堅(jiān)硬頂板工作面提供了技術(shù)保障，確保了工作面安全回采。同時(shí)，為開采類似工作面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

7 不足之處

（1）初采過(guò)程中采空區(qū)局部頂板冒落跟進(jìn)速度較慢，兩順仍需采取拆卸支護(hù)錨桿螺母、錨索索具等卸壓措施。

（2）采空區(qū)冒落巖石成大塊狀，堆積巖石間隙大，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，需定期進(jìn)行充填。

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