切頂卸壓爆破沿空留巷技術淺析

摘要：采用爆破技術預裂頂板，利用采場周期來壓沿空切頂，形成對上覆老頂巖梁的支撐結構，控制老頂?shù)幕剞D和下沉變形，實現(xiàn)卸壓作用；切落的頂板形成巷幫，從而保留工作面下順槽，作為鄰近工作面上順槽，改變傳統(tǒng)長壁開采一面雙巷模式為一面單巷采掘模式。

關鍵詞：爆破 切頂卸壓 沿空 留巷

1 概述

南屯煤礦1610上軌道順槽采用留煤柱沿空留巷方式，這種方式施工方法簡單，但是煤垛支撐頂板效果較差，且強度不足，亦不能切斷采空區(qū)頂板來壓途徑，可能被動壓壓垮破壞，影響工作面回采。遺留的煤垛無法開采利用，造成資源浪費。

針對以上存在的問題，提出了切頂卸壓沿空留巷新技術，進行了系統(tǒng)的理論與配套技術研究，并取得了突破性進展。

2 切頂卸壓沿空留巷技術淺析

2.1 切頂卸壓爆破技術方案及參數(shù)設計

切頂卸壓沿空留巷技術采用雙向聚能爆破技術來實現(xiàn)其對頂板的定向切割。雙向聚能拉張成型爆破新技術是在常規(guī)爆破和控制爆破基礎上發(fā)展起來的一種新型巖體聚能控制爆破技術，其概念是指將藥包放入在兩個設定方向有聚能效應的聚能裝置，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設定方向上均勻受壓，而在設定方向上集中受拉，從而實現(xiàn)被爆破體按照設定方向拉張斷裂成型。

該爆破技術是在對比研究多種聚能爆破和定向控制爆破方法的基礎上發(fā)展起來的一種新型聚能爆破技術，施工工藝簡單，應用時只需在預裂線上施工炮孔采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向對應于巖體預裂方向。爆轟產(chǎn)物將在兩個設定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中拉張應力，使預裂炮孔沿聚能方向貫穿，形成預裂面。由于鉆孔間的巖石是拉斷的，爆破炸藥單耗將大大下降，同時由于聚能裝置對圍巖的保護鉆孔周邊巖體所受損傷也大大降低，所以該技術可以達到實現(xiàn)預裂的同時又可以保護沿空巷道頂板的目的。

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圖2-1 切頂卸壓沿空留巷預期效果圖

2.2 切頂卸壓起始位置

切頂卸壓沿空留巷起始位置的選擇在一定程度上影響著最終的成巷效果。為保證工程項目的順利實施及施工安全，在選擇起始位置時，要綜合考慮多種因素，慎重選擇。

跟據(jù)十一采區(qū)其他工作面實測礦壓資料，預計該工作面的礦壓情況如下：①直接頂初次跨落步距為14～25m。②老頂初次來壓步距為25～30m。③老頂周期來壓步距為8～12m。

順槽超前影響范圍及巷道變形預計：①順槽超前壓力影響范圍為20～25m。②頂?shù)装逑鄬σ平繛?0～50mm。③兩幫相對移近量為60～90mm。

新切眼位于距停采線350m處。

根據(jù)頂板初次來壓步距為25～30m，可確定于新開切眼后15m（初次來壓步距的1/2）即可消除新切眼的干擾，進行預裂爆破切頂施工。

在新切眼施工過程中揭露新斷層，為了消除斷層影響，保證工程質量，確定切頂開始位置為新切眼后50m。

2.2.1 炮孔深度（預裂爆破切縫高度）設計

聚能爆破炮孔深度與煤層頂、底板巖性及厚度，煤層厚度，工作面采高及順槽斷面尺寸有密切聯(lián)系。炮孔深度是否合適將直接影響到爆破切頂效果，頂板垮落程度及施工工程量。

根據(jù)現(xiàn)場實測地質鉆孔柱狀情況，1610工作面煤層頂板十下灰?guī)r厚度為4.1～6.2m，平均厚度5m；煤層平均厚度0.9m；1610上軌道順槽，斷面為矩形，規(guī)格：凈寬×凈高=3.4×2.0m，斷面面積：6.8m2。

經(jīng)理論分析并結合現(xiàn)場經(jīng)驗（頂板垮落容易），設計炮孔深度4m，向工作面?zhèn)绕D5°（施工方便且頂板垮落更容易）。

這既保證了足夠的切頂深度，也充分利用了頂板性質，減小施工量加快施工進度，提高了生產(chǎn)效率。為保證爆破切頂效果，設置1m深輔助炮孔并裝藥爆破。打孔施工要保證炮孔質量，應平直齊，炮孔布設應確保對齊，成一條直線，炮孔的角度和孔位應按技術要求嚴格操作。

2.2.2 炸藥直徑、聚能管徑與炮孔直徑三徑匹配

炸藥藥卷直徑（d1）、聚能管徑與（d2）、炮孔直徑（d3）三者之間必須相互適應，以保證最佳的爆破效果。選擇標準為：①聚能管直徑大于藥卷直徑。為了使藥卷能較為順利的放入聚能管內，聚能管的直徑必須大于藥卷直徑；但是聚能管直徑不能無限制的大，必須保證藥卷在聚能管中能被固定住，保證爆破質量。②炮孔直徑大于聚能管直徑。為了便于聚能管的安裝，炮孔直徑必須大于聚能管直徑；為保證聚能管在炮孔中定向固定及爆破時聚能效果；根據(jù)理論分析及現(xiàn)場試驗，炮孔直徑一般比聚能管直徑大4～7mm。

根據(jù)理論研究和綜合現(xiàn)場已有設備，選擇外徑Ф32mm

聚能管，與之相匹配的最佳炮孔直徑為38mm，炸藥直徑為27mm，鉆頭直徑38mm。這樣既能保證藥徑與管徑很好地緊密耦合又保證了藥卷能較易放入聚能管中。

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圖2-2 聚能管加工示意圖

雙向聚能管結構見圖2-2。設計聚能孔直徑為4mm，聚能孔的孔間距（中心到中心）為8mm。聚能管長度一般取炮孔長度的60%～70%效果最好。

2.2.3 切頂炮孔間距及炮孔裝藥量設計

單孔裝藥量與炮孔之間間距成正比關系。單孔裝藥量與炮孔孔間距的確定直接影響定向爆破切頂效果。

①單孔裝藥量越多，定向聚能爆破時產(chǎn)生的縱向裂縫向兩側延伸越遠，兩炮孔之間的孔間距就可設置的越大，可減少鉆孔施工工程量，加快施工進度，提高生產(chǎn)效率。

②單孔裝藥量過多，爆破時能量過大，會導致頂板嚴重破壞，甚至導致頂板大面積垮落，增加返修維護及清矸的工程量，影響順槽使用，甚至危害施工人員安全。

因此確定適當?shù)膯慰籽b藥量及炮孔孔間距是決定切頂卸壓沿空留巷技術成敗的關鍵。

根據(jù)已完成的現(xiàn)場爆破試驗，結合理論分析，基于現(xiàn)場已有材料；為了既保證切縫貫通效果，又能確保爆破切面較光滑平整，保證切落頂板完整性；采用孔間距為800mm，孔深4000mm，兩孔中間設置深度1000mm輔助炮孔。采用二級煤礦水膠炸藥，炸藥規(guī)格為：直徑Φ27mm×400mm/卷。4000mm炮孔單孔裝藥4卷，1000mm輔助炮孔單孔裝藥1卷。

炮孔具體布置方式見圖2-3。

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圖2-3 沿空護巷聚能爆破炮孔間距（mm）布置平面圖

2.2.4 聚能爆破參數(shù)匯總

爆破參數(shù)統(tǒng)計表

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3 主要結論

技術優(yōu)點：

①消除臨近工作面煤體上方應力集中。

②減小采掘比，提高生產(chǎn)效率，操作簡單，造價低廉。

③避免留設煤柱引發(fā)的沖擊地壓、瓦斯突出、自燃等災害。

切頂卸壓沿空留巷新技術，避免了留設煤柱造成的資源浪費，提高資源回收率，減小采掘比，提高生產(chǎn)效率；減小巷道掘進及返修工程量，簡化工作面端頭維護工作量，降低工人勞動強度，能取得顯著的社會效益。

切頂卸壓沿空留巷新技術，在消除臨近工作面煤體上方應力集中的同時，避免了瓦斯突出、沖擊地壓隱患，具有明顯的安全效益。

參考文獻：

[1]孫恒虎，趙炳利.沿空留巷的理論與實踐，1993年.

[2]李會良，邢昭芳.深孔控制卸壓爆破機理和防突試驗，煤礦安全，1990年.

[3]鄭福良.淺談深孔控制卸壓爆破中的合理封孔長度，煤礦安全，1990年.