深孔預裂爆破切頂技術的研究與應用

李濤 潘磊

山東泰山能源有限責任公司翟鎮(zhèn)煤礦 山東泰安 271004

1 概述

采煤工作面直接底為厚1.70-1.85m的灰黑色粉砂巖；直接頂為厚度0.5-1.0m的泥灰?guī)r，基本頂為厚度10.43-10.67m的粉砂巖。根據《采煤工作面頂板分類標準》，直接頂屬2a類頂板，為中等穩(wěn)定頂板；基本頂屬Ⅰ類（壓力不明顯），頂板結構整體為“拱梁式”結構，無大厚度堅硬頂板，礦壓顯現不明顯。經觀測，工作面推進9m后直接頂垮落；工作面推進21m后出現初次來壓，周期來壓步距在9-12m之間[1]。

采煤工作面在軌道巷進行沿空留巷，留巷長度約780m，掘進時巷道進行了起底，靠巷道上部安設單軌吊梁，用以進料等。軌道順槽采用錨帶網支護，矩形斷面，凈高2.4m，凈寬4.0m，凈斷面9.6m2，回采期間主要作用為進料、進風、行人。為了更好的保證留巷效果，研究應用了沿空留巷深孔爆破切頂技術。

2 技術路線

2.1 預裂眼打設

為保證留巷效果，確保留巷側老塘頂板充分冒落，采用超前預裂爆破施工，在現場選取5m、6m和8m三種眼深進行對比試驗，并分別選取鉛垂線向下20-25°，45-60°為打眼度進行對比分析。

2.2 爆破藥卷制作

將炸藥均勻充填至聚能管內，聚能管安裝專用配套固定塊，制作合格的爆破聚能管。

2.3 預裂爆破施工

將聚能管裝填至爆破孔內，聚能管內不大于2米一發(fā)同段號電雷管，一次爆破5眼，封堵不小于2.7米的炮泥，依次起爆順序，確保預裂爆破裂縫一條線。

2.4 爆破效果檢查

放炮后對爆破裂縫一條線檢查，對爆破效果進行檢查，對打眼、裝藥結構進行檢查。

2.5 爆破效果檢驗

在沿空留巷內對巖石冒落情況進行檢查，確定爆破后巖石是否按照預期爆破效果冒落，對爆破施工參數進行檢驗[2]。

3 結論

3.1 爆破效果

炮眼深5米，鉛垂線向下20-25°：爆破后不再影響巷道支護，但放炮區(qū)域爆破孔變化不明顯，爆破眼進入留巷區(qū)域后，支架后方易出現懸頂；炮眼深5米，鉛垂線向下45-60°：爆破后不再影響巷道支護，但放炮區(qū)域爆破孔變化不明顯，爆破眼進入留巷區(qū)域后，支架后方易出現懸頂；炮眼深6米，鉛垂線向下20-25°：基本頂硬巖較薄時，爆破效果較為理想，基本頂硬巖較厚時，爆破效果仍不理想。

炮眼深6米，鉛垂線向下45-60°：爆破后放炮區(qū)域產生崩裂縫，但支架懸頂冒落不充分，懸頂冒落面積變大后，易造成動壓沖擊；炮眼深8米，鉛垂線向下20-25°：爆破后下部頂板巖層有小部分明細崩落，形成一個深0.2-0.5米的崩裂溝，頂板冒落不明顯，爆破效果較為理想；基本頂硬巖較薄時（厚1.5m左右），使用6m眼深雙炮頭預裂爆破效果較為理想。基本頂厚度超過2m時，使用8m眼深三炮頭預裂爆破，斷頂冒落范圍緊跟端頭支架，有效切斷采空區(qū)壓力傳遞路徑，可以較好保證留巷效果。

3.2 技術參數

（1）炮眼深度：8.0m；

（2）鉆孔直徑：42mm；

（3）炮眼間距：0.5m±0.1m；

（4）炮眼角度：鉛垂線向下20-25°；

（5）聚能管裝藥密度：0.4kg/m；

（6）每根聚能藥卷長度：≤2m，使用1個雷管；

（7）水泡泥：0.4m；

（8）封泥長度：≥2.0m且不小于炮眼深度1/3。

依據工作面頂板巖性、預裂爆破用途及試驗效果，巖石冒落角度確定鉛垂線向下20-25°為打眼度，間距0.5m打設8m爆破深孔，確保留巷側頂板冒落效果。

4 創(chuàng)新點

（1）針對我礦采煤面直接頂、老頂巖性及錨索布置位置進行合理的預裂爆破角度設計，確定8m眼深、鉛錘20-25°打設，即保護超前錨索支護、留巷內錨索支護強度，又確保了采空區(qū)巖石冒落角度，為高標準留巷打下基礎。

（2）合理的炮眼間距布置，通過不同炮眼間距的優(yōu)化，從0.8m優(yōu)化至0.5m，確保了爆破裂縫的連續(xù)性，確保了爆破效果，實現了頂板“切得下”、“留的住”。

（3）高效爆破施工，通過裝填聚能藥卷，解決8m深孔爆破時煤礦許用水膠炸藥定炮難題，利用聚能管可以將藥卷裝入炮眼底，減少爆破裝填對生產的影響。

（4）炮眼封孔，使用木鍥+鐵制頂棍代替封孔器封孔，木鍥+鐵制頂棍封孔爆破效果好，相對于封孔器成本較低。

5 效果

（1）通過超前預裂爆破，實現工作面后部采空區(qū)巖石按設計要求冒落，防止留巷側噴矸，為優(yōu)化留巷側巷幫支護打下了基礎，現采用一排鋼棚砌頂，減少了原壘設矸石砌頂，提高了留巷施工效率，實現了留巷對生產無影響。

（2）通過預裂爆破施工，有效切割留巷區(qū)域頂板巖梁面積，減少了錨索有效懸吊空間，減輕了留巷內支護壓力，為留巷支護參數優(yōu)化打下了基礎，現采用2顆單體配金屬鉸接頂梁有效支護留巷空間，并實現了拖后工作面200m壓力穩(wěn)定區(qū)域支護材料全回撤，降低了留巷成本。

（3）通過預裂爆破實現簡易高效留巷，為臨近采煤工作面節(jié)約一條順槽巷道，減少一條巷道掘進工程量，并能穩(wěn)定礦井生產接續(xù)，礦井經營效益顯著[3]。