中深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在3X73工作面的應(yīng)用

尹明輝

摘要：堅硬頂板預(yù)裂爆破可以降低老頂周期來壓強度，使采空區(qū)頂板隨采隨落，減少因沖擊氣流造成人員傷害及瓦斯災(zāi)害。針對開灤集團范各莊礦頂板特點，我們采用中深孔預(yù)裂爆破的方法，提前對工作面以外的頂板進行預(yù)裂爆破，隨著工作面的推進，使預(yù)裂的頂板到采空區(qū)的位置時及時垮落，充填采空區(qū)，進而保證綜采工作面回采的安全。

關(guān)鍵詞：綜采工作面;中深孔預(yù)裂爆破;自然垮落

在我礦綜采工作面回采過程中，采空區(qū)落板不及時仍是困擾我們煤炭安全生產(chǎn)的實際問題，尤其是遇煤層頂板堅硬、完整、不易冒落的區(qū)域或綜采工作面初采階段，我礦綜采工作面采取自然垮落法充填采空區(qū)，隨著工作面的推進，由于落板不及時，往往造成采空區(qū)懸頂面積不斷擴大，當采空區(qū)大面積瞬間垮落時，極易造成高壓氣流沖出，導(dǎo)致人員傷亡和設(shè)備損壞。而且容易造成老塘側(cè)的瓦斯瞬間涌出，誘發(fā)瓦斯重特大事故。因此，我們采用中深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，縮短綜采工作面周期來壓的步距，減少采空區(qū)懸頂面積，使老塘側(cè)的頂板及時垮落并充填采空區(qū)，消除安全隱患。

一、范各莊礦業(yè)分公司七煤層及圍巖基本地質(zhì)條件介紹

3X73工作面屬七煤層工作面，七煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)中厚煤層，煤巖類型以半亮型和半暗淡型煤為主，中間夾1～2層暗淡型煤，底部為光亮型煤，煤層中節(jié)理裂隙發(fā)育，棱角狀斷口。煤層厚度穩(wěn)定，最厚4.80米，最薄2.10米，平均煤厚3.45米;傾角變化不大，最大15°，最小10°，平均傾角13°。工作面?zhèn)雾斴^發(fā)育，最厚3.00米，最薄0.20米，平均1.60米，且偽頂上部發(fā)育0.2米煤線，局部發(fā)育復(fù)合偽頂。直接頂平均厚度為1.60米，屬粉砂巖，致密、堅硬，巖石堅固性系數(shù)一般在8-10之間，特征為灰黑色，層理較發(fā)育，含雜亂的細小植物化石，頂部發(fā)育0.2米煤線。老頂平均厚度為1.46米，屬粉砂巖，致密、堅硬，巖石堅固系數(shù)一般在8-10之間，特征為灰黑色，層理較發(fā)育，含雜亂的細小植物化石。

二、存在問題

3X73工作面原設(shè)計走向為1426m，傾斜長度為179.6m，現(xiàn)工作面已回采至風(fēng)道1252 m，運道1315m，由于運道直接頂和老頂都為粉砂巖，且結(jié)構(gòu)致密、堅硬，往往造成運道采空區(qū)不能及時落板，造成采空區(qū)懸頂面積較大，給在此區(qū)域前方工作的員工帶來了較大的安全隱患，同時，也存在瓦斯和自然發(fā)火方面的隱患。

三、預(yù)裂頂板基本原則及方案設(shè)計

3.1 預(yù)裂頂板基本原則

首先，我們以破壞頂板的完整性為前提，根據(jù)直接頂、老頂?shù)暮穸燃皫r性特點，設(shè)計頂板預(yù)裂方案。在3X73運道（工作面以外）超前支架頂部打單排眼，采用中深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，提前對頂板進行預(yù)裂，采過后使頂板及時冒落并充填采空區(qū)，并對上履巖層起支撐或墊層作用，達到采空區(qū)隨采隨落的目的;從而減弱頂板垮落的沖擊強度，減少老塘有害氣體積存空間，從而消除因頂板突然大面積垮落而產(chǎn)生沖擊氣流的可能性，預(yù)防瓦斯被壓出和沖擊氣流傷人的事故。

3.2 3X73工作面頂板預(yù)裂方案設(shè)計

3X73工作面運道采用錨桿、錨索和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，在回采過程中，提前將支架頂梁處的錨桿、錨索的托盤全部解下，以減弱錨桿、錨索對頂板的懸吊作用。

（1）確定炮眼的排距。根據(jù)工作面直接頂和老頂?shù)闹芷趤韷翰骄?，確定炮眼排距，根據(jù)回采時的觀測數(shù)據(jù)，直接頂?shù)某醮巍⒅芷趤韷翰骄酁?-3m，老頂?shù)某醮巍⒅芷趤韷翰骄喾謩e為15-20m和8-12m，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我們預(yù)裂直接頂時排距選擇3m，預(yù)裂老頂時，排距選擇10m。

（2）炮眼深度的確定。根據(jù)直接頂和老頂?shù)钠骄穸?，我們選擇預(yù)裂直接頂時，炮眼深度在2.0-2.5m之間，預(yù)裂老頂時，炮眼深度在2.0-3.0m之間。

（3）裝藥量的確定。通過借鑒其它煤礦的相關(guān)施工經(jīng)驗，我們初步確定每孔裝藥量約為炮眼深度的1/3，但最多不等超過900g，根據(jù)現(xiàn)場爆破效果和毛窩落板情況，裝藥量由低到高進行試驗，找到最合理的裝藥量后，按此數(shù)量進行裝藥、起爆。

（4）炮眼角度。為了更好的控制頂板，每排炮眼的孔底都落在超前支架可支護的范圍，炮眼與頂板的夾角為80-85度（根據(jù)爆破效果可適當做調(diào)整。）

（5）裝藥方式。為了保證爆破安全，提高爆破效果，根據(jù)巖石性質(zhì)，我們采取正向裝藥結(jié)構(gòu)。

（6）起爆順序。采用同一種段別的電雷管，起爆順序為同時。

3.3 施工方法

3X73運道炮眼由綜一區(qū)采用巖石電鉆施工，炮眼直徑在35-42mm之間。采用毫秒延期電雷管和三級煤礦許用乳化炸藥，用發(fā)爆器電力起爆，連線方式為串聯(lián)，起爆順序為同時。藥卷外部用粘土炮泥和水炮泥封實填滿。炮眼施工、炮泥和水泡泥等充填材料由綜一區(qū)提前準備，起爆后爆破工對每個炮眼逐孔進行檢驗，做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。

3.4爆破效果及經(jīng)驗總結(jié)

爆破效果：通過實踐，3X73綜采工作面運道采用中深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，即對運道（工作面以外）超前支架上方的頂板進行預(yù)裂爆破，從現(xiàn)場看，爆破效果較好，超前支架上方的頂板產(chǎn)生了裂隙，同時部分地點直接頂和老頂出現(xiàn)離層現(xiàn)象，工作面推進后，運道老塘側(cè)的頂板隨之自然垮落，基本與工作面推進速度同步，達到了預(yù)期的目的。

總結(jié)中深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的經(jīng)驗：

（1）根據(jù)直接頂、老頂?shù)某醮?、周期來壓步距，確定炮眼的排距切實可行，頂板在周期來壓地點提前產(chǎn)生裂隙，與周期來壓應(yīng)力產(chǎn)生疊加，使預(yù)裂的頂板到老塘側(cè)時順利自然垮落，充填采空區(qū)。

（2）根據(jù)直接頂、老頂巖性和厚度，確定炮眼深度，有利于使頂板產(chǎn)生裂隙、直接頂與老頂離層。

（3）通過爆破，使頂板的完整性遭到破壞，減弱了錨桿和錨索的懸吊作用，使預(yù)裂的頂板到老塘側(cè)時順利垮落。

（4）使用毫秒延期電雷管和三級煤礦許用乳化炸藥進行爆破，保證了爆破的安全性，減少了拒爆、殘爆等現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）設(shè)計炮眼時我們對終孔位置進行了充分考慮，將終孔位置落在超前支架上方，使預(yù)裂的頂板得到有效的支護，保證了人員和機電設(shè)備的安全。

（6）通過嚴格的現(xiàn)場安全管理，杜絕了違章放炮，保證了爆破質(zhì)量，消除了安全隱患，確保了安全生產(chǎn)。

總之，3X73工作面在回采過程中，我們通過對運道超前支架上方的頂板進行中深孔預(yù)裂爆破，確實取得了較好的效果，消除了采空區(qū)不落板的諸多安全隱患，解決了困擾安全生產(chǎn)的實際問題，積累了寶貴的經(jīng)驗，此做法還可以在的工作面投入生產(chǎn)前或回采過程中遇頂板堅硬難以垮落等條件下進行應(yīng)用，推廣該技術(shù)的應(yīng)用價值。

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