薄煤層沖擊地壓深孔爆破卸壓技術(shù)的應(yīng)用

宋振德

【摘 要】厚層堅硬硬頂板是煤層發(fā)生沖擊地壓的一個重要影響因素，對于堅硬不易冒落頂板采用深孔斷頂爆破方法，可有效對頂板應(yīng)力集中和積聚的大量彈性能進(jìn)行有效釋放，并能改變頂板的蓄能結(jié)構(gòu)。尤其在薄煤層沖擊地壓的防治工作中是一種有效的治理手段。

【關(guān)鍵詞】深孔爆破；薄煤層；沖擊地壓

0.概況

新興煤礦設(shè)計年產(chǎn)量160萬t，該礦58層直接頂為1.78m厚細(xì)砂巖，隨采隨冒落；老頂為20m粉砂巖，周期來壓步距為8-10m。60層直接頂為1.85m的粉砂巖，隨采隨落；老頂為7.15m的中細(xì)砂巖，周期來壓步距為6～8m。41062工作面采深470-520m，回采過程中曾頻繁出現(xiàn)沖擊地壓事故，發(fā)生地點多在上順槽距上端頭3～28m的區(qū)域，造成巷道變形，損壞。2007年6月22日，當(dāng)該工作面上巷走向推進(jìn)了47m時，首次發(fā)生了沖擊地壓顯現(xiàn)。到9月2日，共發(fā)生了23次沖擊地壓顯現(xiàn)。從沖擊情況及煤、巖層埋深、硬度來看，現(xiàn)開采的58#煤層具有嚴(yán)重的沖擊傾向性。

從調(diào)查情況來看，七煤集團(tuán)的沖擊顯著區(qū)別于國內(nèi)外常見的中、厚煤層、中硬煤及構(gòu)造或煤柱區(qū)沖擊的特點，薄硬煤層、堅硬厚頂板、大傾角是其明顯的特點。七煤集團(tuán)近2年沖擊災(zāi)害顯著增加，已明顯進(jìn)入深部開采，且有越來越嚴(yán)重的趨勢。打鉆非常困難，煤體濕潤性差，治理難度非常大。新興礦的沖擊災(zāi)害已嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。

根據(jù)當(dāng)前沖擊地壓防治技術(shù)實踐經(jīng)驗，深孔爆破技術(shù)是一種有效的防治沖擊地壓解危技術(shù)措施。

1.深孔爆破卸壓技術(shù)基本原理

造成大面積來壓和沖擊地壓的主要原因是由于頂板堅固難冒，煤層也很堅硬，形成頂板-底板-煤體三者組合的剛度很高的承載體系。其具有聚集大量彈性能的條件，一旦承載系統(tǒng)中巖體載荷超過其強度，就發(fā)生劇烈破壞和冒落，瞬時釋放出大量的彈性能，造成沖擊、震動和暴風(fēng)。巖石越堅硬，剛度越大，塑性越小，相對脆性就高，破壞時間短促，大面積頂板來壓的危險性就大。

針對這一現(xiàn)象，可以通過在頂板順槽對頂板進(jìn)行爆破，人為地切斷頂板，進(jìn)而促使采空區(qū)頂板冒落，削弱采空區(qū)與待采區(qū)之間的頂板連續(xù)性，減小頂板來壓時的強度和沖擊性。此外，爆破可以改變頂板的力學(xué)特性，釋放頂板所集聚的能量，從而達(dá)到防治沖擊地壓的目的。

2.種順槽深孔斷頂爆破分傾斜和走向

工作面傾向：在工作面上端頭，距離煤層底板15m高度，沿工作面傾斜方向打鉆孔5個，各孔軸線夾角為15°，進(jìn)行煤層頂板傾斜方向斷頂爆破。

工作面走向：在工作面上端頭，斜向采場以與水平方向成30°角度，分別打3組深孔，各孔間距為3m，進(jìn)行煤層頂板走向方向斷頂爆破。

具體如圖l所示。

3.深孔爆破工藝

3.1鉆孔

打孔采用ZLJ-650鉆機(jī)根據(jù)炮孔設(shè)計參數(shù)進(jìn)行打孔，孔經(jīng)為ф76mm。采用三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑為ф76mm，鉆桿直徑為ф42mm，每根鉆桿長度為lm。如在打孔中鉆機(jī)的高度不夠，可以自己做一個鉆機(jī)平臺。

在鉆孔施工過程中，要采用坡度儀準(zhǔn)確定位炮孔角度，打孔后記錄和檢查打孔情況。因炮孔長度較長，為了使爆破達(dá)到預(yù)期的效果和保證安全的目的，炮孔角度不能偏離太大，炮孔角度充許偏離的角度為±1°，打孔至少要超前工作面50m。

3.2裝藥

爆破使用的炸藥為3號煤礦許用乳化炸藥，炸藥的藥卷規(guī)格ф60×500mm，每卷炸藥重l.7kg；雷管采用煤礦許用8號普通瞬發(fā)電雷管；導(dǎo)爆索采用煤礦許用導(dǎo)爆索，規(guī)格為ф6.5-7mm。深孔爆破在超前工作面至少40m。

為了確保炮眼內(nèi)藥包的完全引爆，炮眼采用軸向連續(xù)偶合方式裝藥，采用雙雷管，雙導(dǎo)爆索引爆。

3.3封泥

在裝完藥后，開始封孔，封孔材料采用較潮濕的黃土，每次送入0.5m（2節(jié)）左右長的黃土棒，黃土棒規(guī)格為ф60mm×250mm，黃土棒要用塑料薄膜包裝，要求裝填搗實后繼續(xù)裝填，直到封孔到孔口位置。

3.4爆破

運輸順槽3個炮孔分別起爆，一次起爆l個炮孔；回風(fēng)順槽3個炮孔一次起爆，聯(lián)線采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的方式進(jìn)行。放炮使用MFB-100型起爆器，爆破母線長度為不小于300m，放炮安全距離不小于300m。

4.效果分析

工作面要裝備支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)，以方便監(jiān)測工作面支架的工作阻力，從而分析頂板來壓情況和爆破效果。

通過以上措施，新興礦41062采煤工作面實現(xiàn)了安全開采，工作面煤層應(yīng)力集中程度明顯降低，未再發(fā)生沖擊現(xiàn)象。通過采用電磁輻射儀連續(xù)觀測，電磁輻射強度值均在安全值以下。

5.結(jié)論

（1）對于堅硬不易冒落頂板，采用深孔斷頂爆破方法，可對頂板應(yīng)力集中和積聚的大量彈性能進(jìn)行有效釋放，并能改變頂板的蓄能結(jié)構(gòu)。

（2）頂板深孔爆破產(chǎn)生的破碎區(qū)域形成一個塑性吸能區(qū)，達(dá)到吸收上部頂板傳遞能量，對頂板斷裂沖擊載荷形成一個有效的緩沖帶。

（3）深孔斷頂爆破可有效地將開采區(qū)域與上區(qū)段采空區(qū)之間的懸頂有效斷開，解決上部采空區(qū)懸頂造成對開采區(qū)域的應(yīng)力疊加。