韓家洼礦綜放工作面堅(jiān)硬頂板深孔預(yù)裂爆破控制放頂技術(shù)研究

裴春敏

(山煤國際能源集團(tuán)股份有限公司煤業(yè)分公司，山西 太原 030006)

韓家洼煤礦22號煤層開采屬于特厚煤層綜放開采，其老頂為賦存穩(wěn)定、整體性好、強(qiáng)度高的砂巖及砂礫巖的堅(jiān)硬頂板。根據(jù)以往布置于22號煤層的綜放工作面開采情況，頂板初次來壓步距已超過70 m，易使大范圍頂板不能及時(shí)垮落，工作面來壓期間將可能導(dǎo)致強(qiáng)沖擊風(fēng)暴的產(chǎn)生，對現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全和工作面機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來巨大的安全隱患。為實(shí)現(xiàn)22號煤層綜放工作面正常開采，考慮在22205綜放工作面首次應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，以減小工作面來壓步距和來壓強(qiáng)度。

1 工作面概況

韓家洼煤礦22205綜放工作面位于22號煤層二采區(qū)中北部，南部為二采區(qū)3條主要巷道(二采區(qū)軌道巷、二采區(qū)運(yùn)輸巷、二采區(qū)回風(fēng)巷)；西部為原韓家洼采空區(qū)；東部為22203工作面采空區(qū)，兩個(gè)工作面之間留設(shè)有寬度為30 m的煤柱；北部為與高家窯煤礦之間的礦界。從北向南回采至二采區(qū)軌道巷保安煤柱停采線。

22205綜放工作面平均埋深約200 m，工作面走向、傾向長度分別為878.4 m、150 m。所開采22號煤層厚度為10.3～12.7 m，平均11.5 m，傾角2～8°，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。老頂為賦存較穩(wěn)定且整體強(qiáng)度較高的砂巖和砂礫巖的堅(jiān)硬頂板。表1為22205綜放工作面的頂?shù)装鍘r性情況。

表1 22205綜放工作面頂?shù)装鍘r性情況

2 綜放工作面堅(jiān)硬頂板深孔預(yù)裂爆破方案

2.1 深孔預(yù)裂爆破方案設(shè)計(jì)

基于韓家洼煤礦22205綜放工作面的工程地質(zhì)條件與生產(chǎn)技術(shù)條件，為保證爆破弱化效果，選擇工作面切眼鉆孔爆破預(yù)裂與巷道鉆孔爆破預(yù)裂相結(jié)合的方案。圖1為22205綜放工作面預(yù)裂爆破孔布置平面示意。

圖1 22205綜放工作面預(yù)裂爆破孔布置平面

如圖1所示，在兩條回采巷道端頭距離切眼10 m靠近回采幫的位置對稱布置扇形爆破組，每組各布置5個(gè)爆破鉆孔，在工作面切眼中部布置5個(gè)爆破鉆孔。表2為22205綜放工作面深孔預(yù)裂爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)。

表2 22205綜放工作面深孔預(yù)裂爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 爆破作業(yè)設(shè)計(jì)與工藝

采用ZLJ-350型鉆機(jī)對預(yù)裂爆破鉆孔進(jìn)行施工，在爆破鉆孔裝藥之前需要首先探測孔內(nèi)情況，再據(jù)此確定裝藥量、導(dǎo)爆索長度等參數(shù)。采用規(guī)格為D45 mm的PVC管為載體來裝藥，將藥卷裝進(jìn)PVC管內(nèi)，再利用炮棍將PVC管推進(jìn)爆破孔孔底。表3為深孔預(yù)裂爆破所需爆破材料的規(guī)格。

表3 深孔預(yù)裂爆破所需爆破材料規(guī)格

采用連續(xù)耦合方式對各個(gè)爆破孔進(jìn)行裝藥，并在爆破孔外利用雙雷管并聯(lián)方式進(jìn)行連線，再利用炮棍將炮泥推進(jìn)孔內(nèi)，在保證爆破孔中填好壓實(shí)之后再實(shí)施注漿封孔作業(yè)程序。運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、切眼的爆破孔連線順序分別為1號—2號—3號—4號—5號、10號—11號—12號—13號—14號、6號—7號—8號—9號。通過雙回路引爆的方式進(jìn)行爆破作業(yè)，其中第一次為電雷管引爆，第二次為電雷管及導(dǎo)爆索引爆。圖2為22205綜放工作面爆破順序示意。

圖2 22205綜放工作面預(yù)裂爆破順序示意

當(dāng)安裝完工作面的支架等機(jī)電設(shè)備后即開始實(shí)施切眼當(dāng)中的預(yù)裂爆破作業(yè)，兩條回采巷道的預(yù)裂爆破作業(yè)在工作面推進(jìn)距離為6 m(即完成割煤6刀)之后開始。在每次放炮作業(yè)之前，對工作面放炮影響范圍的支架降架，運(yùn)輸巷放炮時(shí)頭部22架降架，回風(fēng)巷放炮時(shí)尾部22架降架。切眼放炮時(shí)，對放炮影響范圍20架降架。

3 爆破施工安全技術(shù)措施與要求

3.1 打鉆施工安全技術(shù)措施與要求

首先要對22205工作面鉆孔地點(diǎn)雜物進(jìn)行清理，以確保安全順利施工。仔細(xì)檢查鉆機(jī)、鉆桿、開關(guān)等各種鉆探設(shè)備，并將設(shè)備調(diào)試好后運(yùn)送到指定的作業(yè)地點(diǎn)。調(diào)度指揮中心協(xié)調(diào)其他部門人員對作業(yè)地點(diǎn)供水及供電對接。打鉆隊(duì)可根據(jù)現(xiàn)場情況鋪設(shè)道木，道木數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活掌握，通過8號雙股鉛絲將相鄰道木進(jìn)行捆綁連接，而后將鉆機(jī)布置其上，并保證牢固可靠。打鉆時(shí)首先需要測試鉆機(jī)，再將鉆頭、鉆桿接到鉆機(jī)上，并按照規(guī)程要求進(jìn)行打鉆施工作業(yè)。

3.2 爆破施工安全技術(shù)措施與要求

在放炮作業(yè)時(shí)，必須配備專職瓦檢員，并經(jīng)常檢測兩巷的瓦斯情況，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^0.8%或風(fēng)量不足時(shí)，必須停止作業(yè)，撤出人員。裝藥前必須停電，采用廢舊膠帶等阻燃材料遮蓋保護(hù)放炮地點(diǎn)20 m之內(nèi)的支架等機(jī)電設(shè)備，防止崩傷、崩壞支架及其它電氣設(shè)備。爆破母線長度不小于150 m。

在實(shí)施爆破作業(yè)前，要對爆破地點(diǎn)20 m之內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測，在瓦斯?jié)舛?0.8%的條件下才可進(jìn)行爆破作業(yè)。要求炮煙所流經(jīng)的回風(fēng)巷道內(nèi)一律不準(zhǔn)行人和施工作業(yè)，并派專人巡視警戒線路，警戒線與爆破地點(diǎn)之間的距離要大于100 m。班組長在巡檢工作面警戒到位情況，確定警戒到位后方可起爆。

在爆破作業(yè)完畢后，在瓦斯?jié)舛取?.8%的條件下，禁止啟動(dòng)機(jī)電設(shè)備。爆破工拉起發(fā)爆器把手，并把發(fā)爆器連接器中的母線摘出并扭結(jié)短路。在現(xiàn)場炮煙散盡之后，班組長和爆破工要對爆破情況進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場隱患要及時(shí)進(jìn)行處理。

3.3 現(xiàn)場爆破施工情況

現(xiàn)場爆破施工場景見圖3。

圖3 22205綜放工作面現(xiàn)場爆破施工場景

4 堅(jiān)硬頂板深孔預(yù)裂爆破效果分析

4.1 鉆孔窺視效果

通過TYGD10型鉆孔窺視儀檢驗(yàn)爆破前后鉆孔圍巖的裂隙發(fā)育程度，圖4為10號孔爆破前后鉆孔圍巖情況對比。

圖4 爆破前后鉆孔圍巖情況對比

由圖4可以看出，在爆破前10號孔內(nèi)圍巖較完整，窺視位置無顯著裂隙。在爆破后，10號孔內(nèi)出現(xiàn)了豎向張拉裂隙，距窺視位置約1 m處(即距孔口約26 m)出現(xiàn)塌孔情況，由此可知，該位置處所受爆破沖擊程度最大，圍巖裂隙充分?jǐn)U張并貫通，其完整結(jié)構(gòu)受到了充分的破壞。

4.2 來壓步距效果

根據(jù)上述22205綜放工作面堅(jiān)硬頂板深孔預(yù)裂爆破技術(shù)方案以及施工安全技術(shù)措施與要求實(shí)施爆破作業(yè)，在完成爆破作業(yè)后檢查發(fā)現(xiàn)爆破效果良好。通過工作面現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)22205運(yùn)輸巷推進(jìn)9.7 m，22205回風(fēng)巷推進(jìn)13.5 m時(shí)，工作面頂煤均已全部垮落。根據(jù)支架壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)可知，當(dāng)運(yùn)輸巷推進(jìn)46 m，回風(fēng)巷推進(jìn)64 m，工作面平均推進(jìn)55 m左右時(shí)，工作面出現(xiàn)大范圍來壓情況，其中49～100號支架來壓數(shù)值大，并且有些支架出現(xiàn)了安全閥部分開啟的情況。據(jù)此可以得出，此時(shí)工作面已處于頂板初次來壓期間，其步距為55 m。同采區(qū)臨近已回采的22203綜放工作面頂板初次來壓步距約70 m。22205綜放工作面在應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)之后，其頂板初次來壓步距提前了約15 m。

綜上所述，通過深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的應(yīng)用，可以破壞堅(jiān)硬頂板圍巖結(jié)構(gòu)的完整性，減小了工作面來壓步距，從而保證了工作面作業(yè)人員的人身安全和機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行。

5 結(jié) 語

針對韓家洼煤礦22號煤層綜放工作面堅(jiān)硬頂板難以及時(shí)垮落的現(xiàn)實(shí)工程條件，在22205綜放工作面首次應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，通過現(xiàn)場礦壓觀測結(jié)果可知，此技術(shù)既減小了工作面來壓步距，又降低了工作面來壓強(qiáng)度，工作面來壓時(shí)生產(chǎn)條件得到了顯著改善，大范圍壓死支架的情況并未出現(xiàn)，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，為礦井后續(xù)相似條件下綜放工作面的安全高效開采提供了理論與技術(shù)支撐。