聚能爆破切頂卸壓技術(shù)在回采工作面的應(yīng)用研究

賈斌

山東方大工程有限責(zé)任公司 山東淄博 255150

聚能爆破切頂卸壓是巷道支護(hù)技術(shù)的一項(xiàng)重大改革。實(shí)踐證明，采用切頂卸壓技術(shù)可帶來明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，該技術(shù)已在很多礦井應(yīng)用成功，具有減少巷道維修量、降低掘進(jìn)率及生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)，為未來礦井發(fā)展所需的重要技術(shù)。

1 聚能爆破切頂卸壓原理

隨著煤層采深的加大，礦壓顯現(xiàn)隨之加重，采用寬煤柱護(hù)巷，巷道處于壓力集中區(qū)，不利于巷道的維護(hù)和穩(wěn)定，而采用小煤柱又經(jīng)常被應(yīng)力集中壓酥，巷道圍巖位移變大。采用聚能定向爆破對頂板進(jìn)行切斷、卸壓，改善巷道所處的應(yīng)力環(huán)境，使巷道處于應(yīng)力卸載區(qū)，有利于巷道的維護(hù)。制定巷道應(yīng)力集中卸壓治理技術(shù)方案，按不同炸藥量、不同位置爆破進(jìn)行數(shù)值模擬，給出聚能定向爆破卸壓的合理爆破參數(shù)。煤柱寬度留設(shè)過小，受二次采動(dòng)影響時(shí)，巷道斷面收縮過大，影響工作面安全開采[1]。因此，合理煤柱寬度的確定一直是采礦工程研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。煤柱寬度受采深、采高、煤厚及煤巖力學(xué)參數(shù)等諸多因素的影響，同時(shí)還與基本頂斷裂結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。根據(jù)基本頂不同斷裂位置，沿空巷道上覆基本頂斷裂結(jié)構(gòu)時(shí)，對煤柱巷道最為不利，而按照斷裂線位置斷裂，則老頂巖塊的壓力能夠得以釋放。

2 聚能爆破切頂卸壓方案

2.1 概況

西山煤電鎮(zhèn)城底礦位于山西古交市西北，井田東西走向6.6km，南北寬2～5km，井田面積17.8km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力190萬t/a。該礦南二下組煤采區(qū)軌道下山、760水平東大巷已服務(wù)11年，受22602工作面回采影響，巷道多次受壓。巷道變形量大，兩幫變形量達(dá)2m，底鼓達(dá)1.5m。22602工作面正在回采，受22602工作面動(dòng)壓影響760南大巷靠近22602工作面段巷道變形嚴(yán)重，兩幫擠回，底板鼓起。現(xiàn)正處于維修階段，大巷采用單道運(yùn)行，影響礦井正常生產(chǎn)秩序。因此，計(jì)劃在22602工作面回采及末采期間，于順槽和切眼采用深孔爆破技術(shù)對頂板進(jìn)行切斷，實(shí)現(xiàn)卸壓，降低采動(dòng)應(yīng)力對主要運(yùn)輸大巷及采區(qū)集中巷道的影響，避免鄰近巷道的變形[2]。

2.2 炮孔位置

煤層上方2m直接頂10m基本頂，只要將該范圍的頂板巖體切斷即可實(shí)現(xiàn)對煤柱的卸壓。因此頂板炮孔孔深定為12m（按10°向采空區(qū)方向偏斜，則垂直高度約11.8m），炮孔口間距6m，300m巷道試驗(yàn)段共施工炮孔50個(gè)。炮孔可先用鉆機(jī)打好，可在炮孔進(jìn)入超前支護(hù)段時(shí)裝藥起爆，或者在炮孔孔底到達(dá)工作面煤壁處時(shí)裝藥起爆。

2.3 炮孔深度設(shè)計(jì)

炮孔深度與煤層頂板巖性及厚度、煤層厚度、工作面采高及順槽斷面尺寸有密切聯(lián)系。炮孔深度是否合適將直接影響到爆破切頂效果、頂板垮落程度及施工工程量。如果斷頂位置不合適，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力拱腳落在采區(qū)準(zhǔn)備巷道內(nèi)，反而不利于護(hù)巷卸壓。以22602工作面切眼為例，該工作面直接頂為泥灰?guī)r，厚度1.85m；基本頂為中細(xì)砂巖，厚度12.00m。煤層平均厚度4.15m，采煤工藝為綜合機(jī)械化二次采全高。工作面切眼停采位置距南五下組煤準(zhǔn)備巷道最近距離為145m。經(jīng)數(shù)值模擬及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，頂板不易垮落，設(shè)計(jì)炮眼深度為35m，仰角45°，方位角38°與切眼垂直。

2.4 聚能爆破施工工藝

（1）打眼。打眼采用CMS1-1200L鉆機(jī)，1.0m×Φ50mm合金鉆桿Φ75mm合金鉆頭。鉆孔間距8m，孔深35m，仰角45°，方位角38°。（2）裝藥。切頂卸壓范圍共300m，前150m采用以往的裝藥方式，用Φ65mm鉆頭施工，即先將孔底第二節(jié)藥卷與導(dǎo)爆索固定，送入孔底，然后將其他藥卷依次送入炮孔，每節(jié)PVC管炸藥2m；后150m采用Φ75mm鉆頭施工，使用聚能切縫炸藥管,每節(jié)炸藥長1m，二節(jié)連接另節(jié)順序裝入炮孔。聚能炸藥管裝藥量稍大些，每米裝藥量約3kg，其金屬槽能夠起到射流作用，破壞巖石范圍更廣，產(chǎn)生的主裂縫方向更為集中。（3）封孔。深孔爆破起爆藥量大，封孔不好將直接導(dǎo)致炮孔口沖孔，造成漏斗狀拋擲，甚至毀壞支護(hù)體，造成巷道圍巖垮塌。因此需進(jìn)行專業(yè)的封孔設(shè)計(jì)，并采用專門的封孔材料制作炮泥，炮泥太軟向孔內(nèi)填裝時(shí)容易卡孔，炮泥太硬會(huì)降低其與孔壁的黏結(jié)力，需在專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行操作[3]。封孔結(jié)束后，等待封孔炮泥充分凝固后進(jìn)行爆破，保證封孔質(zhì)量。（4）爆破時(shí)間節(jié)點(diǎn)。切頂卸壓的爆破時(shí)間節(jié)點(diǎn)很關(guān)鍵，起爆時(shí)間太早，巷道頂板預(yù)裂后長期暴露容易產(chǎn)生安全隱患，起爆時(shí)間太晚影響生產(chǎn)。炮孔的打鉆施工、裝藥、爆破的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，需根據(jù)工作面的生產(chǎn)進(jìn)度，綜合性協(xié)調(diào)，才能達(dá)到效果最好。以22602工作面為例，爆破地點(diǎn)選擇在工作面超前支架范圍內(nèi)，該段有超前支架支護(hù)，利于頂板的支護(hù)安全。22602工作面日推進(jìn)度為4m，炮孔為每2m二個(gè)，日安排爆破2個(gè)孔。5）遇斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的處理方法。遇大斷層、頂板破碎帶時(shí)，若采用切頂卸壓，巷道頂板易失穩(wěn)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，采用該段不放炮的方法通過地質(zhì)構(gòu)造帶。

3 結(jié)語

聚能爆破切頂卸壓技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦22602工作面的應(yīng)用，即保護(hù)該工作面鄰近巷道，還減少巷道底鼓、幫鼓、噴漿掉皮等變形量過大問題。使用雙向聚能拉張爆破切縫技術(shù)，確保切頂線成型，提高其單進(jìn)水平，減少巷道維修量，體現(xiàn)出顯著的安全與經(jīng)濟(jì)效益。