淺析俄霍布拉克煤礦1108、1110工作面超前預(yù)爆破控制堅硬頂板技術(shù)

婁德峰　買買提·沙依提·依坎白爾迪

摘要：文章針對俄霍布拉克煤礦下煤頂板特征，采用超前預(yù)爆破方法，并改進其預(yù)爆破方案，大幅降低了因采空區(qū)頂板大面積懸空，初次來壓的強度和初次來壓形成暴風(fēng)的可能性，同時很大程度上消除了初次來壓壓垮支架、推垮工作面的安全生產(chǎn)事故，提高了礦井生產(chǎn)能力，從而達(dá)到該面的安全生產(chǎn)目的。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)砂巖；堅硬頂板；超前預(yù)爆破；控制頂板

中圖分類號：TD235 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0108-03

俄霍布拉克煤礦（以下簡稱俄礦）下1煤層位于侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組上段。其老頂標(biāo)準(zhǔn)砂巖最大厚度達(dá)300m。煤層厚度0.89～4.16m，平均厚度3.5m，煤層賦存條件較好，結(jié)構(gòu)簡單，頂板由堅硬鈣質(zhì)膠結(jié)的礫巖和粗砂巖組成。俄礦綜采工作面斜長較長，一般為180m左右，初次來壓步距較長，曾經(jīng)發(fā)生過因采空區(qū)頂板大面積懸頂，而初次來壓時造成壓死支架設(shè)備事故。

因此，為了縮短初次來壓步距，減小老頂初次來壓時的采空區(qū)頂板面積，避免不必要的人員傷亡和經(jīng)濟損失，確保礦井安全生產(chǎn)，本文主要對礦井1108、1110工作面回采過程中超前預(yù)爆破技術(shù)控制頂板的應(yīng)用情況及實施過程做了詳細(xì)的論述。

1 工作面概況

1108、1110綜采工作面位于主斜井以東，位于礦井一水平東一里采區(qū)下1煤層。上部為1106采空區(qū)，西部為1102-1、1102-2采空區(qū)，下部和東部是未采區(qū)。

下1煤層黑色，塊狀構(gòu)造，光亮型，垂直裂隙發(fā)育，局部煤層變質(zhì)程度較差，煤層厚度平均3.5m，煤層平均傾角為13°，煤層厚度變化不大，煤層結(jié)構(gòu)簡單，無夾矸。1108工作面斜長178m，走向長度1748m；1110工作面斜長177m，走向長2148m。

下1煤層偽頂：泥巖，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，上部含炭質(zhì)，松散破碎，極易冒落，偽頂厚度0.6～0.9m，平均0.75m。

老頂：中粗粒砂巖，灰白色，塊狀構(gòu)造，底部大部含礫石，局部受海水或河流同生沖蝕作用，頂板層面上出現(xiàn)大小不一的凹坑、槽溝。上部巖性呈粉砂，遇水易松軟冒落。厚約26m。

2 基本目的和原則及方案設(shè)計

2.1 基本目的和原則

以破壞頂板的堅硬完整性為前提，對初次來壓期間的頂板實施有效控制，從而達(dá)到使其早點垮落，避免采空區(qū)頂板大面積懸空，而造成的初次來壓時頂板下沉切頂、壓支架等事故，同時減少初次來壓形成風(fēng)暴的可能性和人員傷亡及重大經(jīng)濟損失。根據(jù)兩個工作面直接頂和老頂厚度及其頂板巖性情況設(shè)計預(yù)爆破方案，在超前工作面一定距離，向煤層頂板巖體內(nèi)布置炮孔，超前工作面進行預(yù)爆破，在頂板巖體中造成人工爆破裂隙帶，同時擾動和削弱原生弱面（節(jié)理、裂隙等）之間及原巖的摩擦粘結(jié)強度。

隨著工作面的推進，巖體中原巖應(yīng)力場受采動應(yīng)力的影響，使得原生及人工裂隙不斷地擴展和分支，改變了巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)特征，從而大大降低巖體的強度，加快了采空區(qū)頂板巖體的變形破壞速度，提高了頂板的可冒性，減少懸頂面積，降低了工作面來壓峰值，并使壓力峰值向工作面前方煤體內(nèi)移動，最終實現(xiàn)工作面支架在允許載荷條件下安全運行。

2.2 方案設(shè)計

由于工作面斜長較大，考慮工作面中部頂板易于垮落，為充分保證初次放頂對老頂承壓層的切斷作用，設(shè)計確定主要針對工作面上、下兩端，采用布置兩組初次放頂孔的方式進行初次放頂。其中主要初放孔距離開切眼煤壁25m，輔助初放孔位于開切眼上、下兩端。為利于鉆孔、裝藥、充填堵孔施工，原則上下端炮孔長度控制在60m以內(nèi)，仰角控制在30°以內(nèi)。

第一組：主要初次放頂孔

上、下順槽內(nèi)各布置三個初次放頂孔，分別為：一個老頂切斷孔、一個輔助切斷孔、一個端頭切斷孔。采用雙側(cè)扇形布孔方式，該組初次放頂孔距開切眼煤壁25m如圖1所示：

圖1 1110工作面初次放頂?shù)谝唤M炮孔布置

第二組：輔助初次放頂孔

在工作面開切眼的上、下兩端各布置一個輔助切斷孔，平行開切眼布置如圖2所示：

圖2 1110工作面初次放頂?shù)诙M炮孔布置

為了提高爆破效果，炮眼布置在距切眼中心線向里2.5m處，共布置120個炮眼，孔間距1.5m，其孔深2m，另外，工作面推進51m和71m時分別在工作面內(nèi)朝老塘方向布置三個孔，總體來說，該工作面內(nèi)、兩道加起來共布置了15個孔，炮眼總長度648m，其孔深24m的3個孔，36m的3個孔，其余都是孔深55m的孔，炮眼水平轉(zhuǎn)角為20°～90°之間，炮眼仰角為7°～30°之間炮眼布置圖見圖1和

圖2。

3 施工方法

炮眼采用油壓150潛孔巖石鉆機施工，鉆頭為Φ85mm合金鋼鉆頭，成孔直徑為90mm，選用BQF-100型封孔器，受風(fēng)壓0.7MPa，堵孔時向孔內(nèi)輸送黃土細(xì)砂。采用二級煤礦許用乳化炸藥，防靜電塑料殼包裝，規(guī)格：直徑60mm，長度500mm，單位重量3.0kg/m，聯(lián)結(jié)方式為絲扣聯(lián)結(jié)式，選用煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索和選用毫秒延期電雷管，利用MFB-100型電容式發(fā)爆器起爆，其聯(lián)接方式為串聯(lián)，采用電雷管起爆導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索起爆炸藥的起爆方式。每孔裝藥量分別為36kg、45kg、66kg、75kg、78kg、90kg、96kg，總裝藥量1157kg，堵孔水泥長度276.5m。

先打完炮眼，提前準(zhǔn)備好炸藥、導(dǎo)爆索、雷管、堵孔水泥和黃土砂，將黃土和砂子按一定比例配調(diào)，同時安排裝藥人員和放炮員。待炮眼施工完畢之后，專管人員來檢驗，并記錄其編號、孔深、傾角、仰角等參數(shù)。待一切準(zhǔn)備就緒之后開始裝藥，按設(shè)計要求將煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索與二級煤礦許用乳化炸藥連接完之后由人工頂推進孔內(nèi)，然后用BQF-100型封孔器，受風(fēng)壓0.7MPa，堵孔時向孔內(nèi)輸送黃土細(xì)砂和專用堵孔水泥（快干水泥）并搗實；為了防止孔內(nèi)已裝完的水泥和炸藥下滑，用止滑木塞防止下滑，最后聯(lián)接雷管并懸掛放炮

母線。

4 爆破參數(shù)優(yōu)化及效果分析

開始1108工作面實施超前預(yù)爆破效果較好。后來出現(xiàn)工作面兩頭頂板超前破碎、壓力大，巷道變形量大、底鼓嚴(yán)重，煤壁片幫嚴(yán)重等現(xiàn)象，通過分析是由于炮眼間距短、炮眼數(shù)量和裝藥量多、炮眼傾角大等原因造成的。后來將爆破參數(shù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將原來1108炮眼間距10m調(diào)整到25m，炮孔數(shù)量和裝藥量逐漸調(diào)少，炮眼傾角將原來的12°調(diào)整到7°。1110工作面超前預(yù)爆破參數(shù)根據(jù)1108調(diào)整后方案實施，工作面支架后面采空區(qū)頂板隨支架的移置自然冒落，形成一個長155m，深5～6m的凹槽，界面上沖擊波衰減為應(yīng)力波，頂板緊跟工作面冒落，有效地控制頂板正?？缏?，消除了工作面初次來壓形成風(fēng)暴的現(xiàn)象和周期來壓壓垮支架、推垮工作面的安全生產(chǎn)事故，支架的承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)減少，煤機及支架設(shè)備安全運行，提高了礦井生產(chǎn)能力。正因為此次超前預(yù)爆破效果好，1110工作面回采過程中未出現(xiàn)過采空區(qū)頂板大面積懸空、切頂、壓支架和風(fēng)暴等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

經(jīng)過兩次超前預(yù)爆破技術(shù)的實踐，積累了一定的超前預(yù)爆破經(jīng)驗，根據(jù)下1煤層頂板巖性及地質(zhì)構(gòu)造情況，通過對超前預(yù)爆破參數(shù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，實施超前預(yù)爆破工作，有效降低了工作面周期來壓的強度，減少頂板下沉切頂和初次來壓形成暴風(fēng)，有效避免了頂板事故的發(fā)生。該技術(shù)在我礦堅硬頂板工作面回采過程中起到非常重要的作用，同時對同類型礦井堅硬頂板綜采工作面回采有一定的指導(dǎo)意義。

作者簡介：婁德峰（1969-），男，江蘇徐州人，徐州礦務(wù)集團新疆天山礦業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)部部長，助理工程師；買買提·沙依提·依坎白爾迪（1979-），男，新疆克州人，徐州礦務(wù)集團新疆天山礦業(yè)公司生產(chǎn)技術(shù)部部長助理，助理工程師。

（責(zé)任編輯：葉小堅）