頂板預(yù)裂爆破技術(shù)在煤礦綜采工作面的應(yīng)用研究

【摘要】為防治工作面頂板大面積垮落造成頂板及瓦斯超限等事故的發(fā)生，晉煤集團(tuán)某煤礦工作面在回采前需提前對其頂板進(jìn)行爆破預(yù)裂，弱化頂板，本文分析了S6-2工作面頂板預(yù)裂爆破方案，得出進(jìn)行預(yù)裂爆破，縮小了頂板初次垮落步距，切斷切眼老頂完整性，將頂板初次來壓直接變?yōu)橹芷趤韷?，有效防止了大面積頂板垮落帶來的隱患，實(shí)現(xiàn)了該工作面初采期間安全、高效生產(chǎn)的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】頂板；預(yù)裂爆破；工作面；初次來壓

井下厚煤層工作面初采階段，如果遇到工作面頂板堅(jiān)硬，采空區(qū)頂板懸而不垮的情況，隨著工作面的回采，采空區(qū)大面積懸頂瞬間垮落，極易導(dǎo)致頂板及瓦斯超限事故的發(fā)生，造成傷亡事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響工作面的正常安全回采，如晉煤集團(tuán)某煤礦大面積頂板一次性垮落造成的沖擊波事故（N2-3工作面，壓壞支架3組）、老塘懸頂面積大而導(dǎo)致機(jī)道風(fēng)速低（N1-2工作面）、頂板破碎嚴(yán)重造成的冒頂事故等。所以，為提高回采工作面初采頂板管理，預(yù)防工作面初采瓦斯超限的發(fā)生，按照晉煤集團(tuán)公司的要求，該煤礦工作面在回采前需提前對其頂板進(jìn)行爆破預(yù)裂，弱化頂板，確保工作面的安全正常生產(chǎn)。本文針對某煤礦S6采區(qū)的S6-2首采工作面頂板預(yù)裂爆破情況進(jìn)行分析，對解決初采期間工作面頂板管理問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1、工作面概況

S6-2工作面為S6采區(qū)的第一個工作面，兩側(cè)工作面均未回采。所采3號煤層，煤厚平均5.84m，煤層埋藏深度為351.5～415.8m。工作面可采長度607m，切眼長209m。直接頂為灰黑色泥巖，厚度為1.42～1.5m。切眼靠軌順側(cè)泥巖整體性較好；中部小構(gòu)造較發(fā)育，整體性一般。老頂為厚層狀灰白色中砂巖，厚度大于7.26m，中砂巖局部鉀長石風(fēng)化變黃色或含方解石細(xì)脈。老頂巖層致密，堅(jiān)硬，不易垮落。下位巖層局部變?yōu)闇\灰色細(xì)砂巖?？寇壍理槻蹅?cè)老頂砂巖整體性好；中部下位2m范圍老頂含傾斜裂隙，S6-2工作面切眼頂板窺視柱狀圖如圖1所示。

2、頂板預(yù)裂方案設(shè)計(jì)

S6-2工作面切眼采用深孔爆破一次頂板預(yù)裂，深孔爆破孔徑為75mm，徑向裝藥不耦合系數(shù)為1.25。具體方案如下：

（一）炮孔布置

工作面共布置炮孔33個。其中切眼32個，皮帶順槽1個，炮孔總長度630.8m。各炮孔布置如下：

（1）切眼：在切眼內(nèi)距切眼南幫1.0～1.5m處頂板打眼，布置32個炮孔，A、B孔各8個（A1～A8、B1～B8），C孔7個（C1～C7），D、E、F、G、I、J、K、L、M各1個（如圖2所示）；

（2）皮順：在皮帶順槽距皮順巷外幫0.7m，距切眼前煤墻1.5m處，布置1個炮孔：N孔（如圖3所示）。

（二）爆破設(shè)備及炮孔裝藥量

施工炮孔鉆機(jī)為ZLJ-350煤礦用坑道鉆機(jī)（2臺施工，1臺備用），并配備Φ42mm鉆桿（長1.5m鉆桿55根；長1.0m鉆桿20根），金剛石鉆頭10個，成孔直徑75mm；PN-A型炮泥機(jī)1臺，炮泥規(guī)格Φ60mm×200m，用沙子與黃土制作。爆破所用炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ60×400mm，1.35±0.1kg/卷（每箱18根，凈重24kg，毛重25kg；外形尺寸400×260×300mm3）；所用雷管為煤礦許用8#普通瞬發(fā)電雷管；導(dǎo)爆索采用煤礦許用導(dǎo)爆索，所施工炮孔裝藥的總長度為355.5m，裝藥總重為1050 kg，封泥長度為275.3m。

（三）爆破順序

爆破順序是從切眼的端頭向端尾方向，采用雙雷管、雙導(dǎo)爆索引爆，分組裝藥、分次爆破，使用BF-200型起爆器。起爆分13組，依次為：I 、J 、K→L、B8、A8→C7、B7、A7→C6、B6、A5→C5、B5、A5→C4、B4、A4→C3、B3、A3→C2、B2、A2→M→A1、B1→C1、D→F、E、G。最后對皮順N炮孔裝藥爆破，裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

3、爆破效果分析

（一）爆破情況分析

S6-2工作面頂板爆破共分為兩個階段，前五組爆破后（1#～76#支架范圍內(nèi)炮孔爆破），現(xiàn)場觀測到36#架附近約1.5m高的頂煤垮落，其余區(qū)域工作面頂板沒有明顯的變化。第二階段全部炮孔爆破結(jié)束，根據(jù)現(xiàn)場情況統(tǒng)計(jì)：工作面19#-95#架之間頂煤垮落情況較好。

通過對S6-2工作面從1月2日4點(diǎn)班至5日8點(diǎn)班觀測的支架壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：從工作面開始回采，支架前梁、前柱工作阻力呈增大趨勢，1月5日0點(diǎn)班時支架前梁、前柱工作阻力達(dá)到最大值，5日8點(diǎn)班工作阻力有所減小，結(jié)合現(xiàn)場放煤放出的石頭為灰白色，判斷老頂已垮落。

（二）皮帶順槽N孔爆破效果分析

N孔在皮順巷外幫0.7m，距切眼內(nèi)幫1.5m處，孔深為13.23m，鉆孔仰角為64°。實(shí)際垂直深度為10.99m。N孔裝藥12卷，長度4.8m，重量16.2kg；炸藥距巷頂7.58m。N孔爆破后窺視分析如下：①頂板0～1.82m范圍內(nèi)的頂煤震裂，出現(xiàn)大的裂縫。②頂板1.82～2.70m范圍內(nèi)灰黑色泥巖層未發(fā)生變化，致密，整體性好。③頂板2.70～3.6m范圍內(nèi)鉆孔表面出現(xiàn)小碎片和微裂隙。④頂板3.6～4.9m范圍內(nèi)灰白色中砂巖未發(fā)生變化，致密，整體性好。⑤頂板4.9～6.3m范圍內(nèi)灰白色中砂巖出現(xiàn)微裂隙。⑥頂板6.3～8.1m范圍內(nèi)灰白色中砂巖爆破裂隙明顯擴(kuò)張。⑦頂板8.1～11.89m范圍內(nèi)灰白色中砂巖有明顯裂縫、破碎。對比爆破前后N孔窺視結(jié)果可以得出：N孔現(xiàn)場爆破裂隙區(qū)影響范圍為2.68m。

4、結(jié)論

（一）通過對S6-2工作面頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破，縮小了頂板初次垮落步距，切斷切眼老頂完整性，將頂板初次來壓直接變?yōu)橹芷趤韷?，有效防止了大面積頂板垮落帶來的隱患；同時與其他工作面相比提前回收頂煤15～20m，實(shí)現(xiàn)了該工作面初采期間安全、高效生產(chǎn)。

（二）實(shí)施頂板預(yù)裂后，直接頂及部分老頂隨采隨落，減少了采空區(qū)由于大面積空頂形成微風(fēng)區(qū)導(dǎo)致瓦斯積聚的隱患，杜絕了大面積頂板垮落導(dǎo)致的工作面瓦斯超限事故及空氣突然擠出，造成風(fēng)速突然加快，風(fēng)流瞬時紊亂，杜絕由此引起的煤塵事故。

（三）縮短工作面端頭、尾垮落距離。該煤礦以前的工作面均未進(jìn)行頂板預(yù)裂，工作面端頭、尾老塘不易垮落，空頂距離長，一直是初采時的管理難點(diǎn)，需將頂錨桿、幫頂錨桿全部退掉并施工切頂眼等措施來促進(jìn)端頭、尾老塘的垮落，耗費(fèi)人力物力，增加了生產(chǎn)輔助環(huán)節(jié)，S6-2工作面進(jìn)行頂板預(yù)裂后，機(jī)頭頂煤垮落距離為8.4m，垮落距離縮短，減小了機(jī)頭采空區(qū)來壓時礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)度，防治壓力顯現(xiàn)導(dǎo)致的巷道變形，棚梁倒架的事故。