工作面初采深孔爆破切頂技術(shù)應(yīng)用

常 凱

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司官地礦，山西 太原 030022）

綜采工作面兩端頭采空區(qū)頂板管理一直是綜采工作面頂板管理的難題，經(jīng)常有頂板垮落不及時(shí)現(xiàn)象，造成空頂面積大、瓦斯積聚、礦山應(yīng)力集中導(dǎo)致頂板大面積冒落產(chǎn)生暴風(fēng)與沖擊壓力，破壞力強(qiáng)，危害極大，給綜采工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患[1]。為了防止頂板突然垮落造成工作面的安全事故，降低工作面初次來(lái)壓對(duì)工作面的影響。因此，提出了深孔爆破切頂技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵位爆破參數(shù)的選取，對(duì)工作面的圍巖穩(wěn)定有著決定性影響[2]。

目前許多研究學(xué)者針對(duì)工作面切頂卸壓關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，陳上元建立了聚能爆破力學(xué)模型，通過(guò)力學(xué)分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定了具體參數(shù)[3]。謝小平針對(duì)傾斜薄煤層工作面具體環(huán)境，確定了切頂卸壓爆破技術(shù)參數(shù)[4]；馬新根提出了復(fù)合頂板切頂爆破設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化流程，確定了切頂爆破關(guān)鍵參數(shù)[5]。為保證官地煤礦22613工作面切頂卸壓技術(shù)的成功應(yīng)用，需針對(duì)具體爆破參數(shù)進(jìn)行研究。

1 工作面概況

官地煤礦1960年建礦，經(jīng)過(guò)多次擴(kuò)建成為大型國(guó)有礦井，核定生產(chǎn)能力為5 Mt/a。官地煤礦22613工作面屬2#煤層，煤層平均厚度為2.4 m，傾角為5°。工作面大多呈長(zhǎng)方形布置，工作面回采方向垂直南大巷，由東南至西北方向進(jìn)行掘進(jìn)回采，回采工作面寬度160 m，長(zhǎng)度介于420 m之間。巷道采用矩形斷面，沿煤層底板掘進(jìn)，頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 頂?shù)装鍘r性情況

22613綜采工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱較多；采區(qū)上部覆蓋煤柱較多。遇構(gòu)造，放炮后震動(dòng)造成頂板漏頂；兩端頭懸頂大后，控頂困難；支架（單體）初撐力不足，周期來(lái)壓壓出采空高濃度瓦斯，易發(fā)生瓦斯事故等問(wèn)題。為了防止頂板突然垮落造成工作面的安全事故，降低工作面初次來(lái)壓對(duì)工作面的影響，防止瓦斯在初次來(lái)壓時(shí)突然涌出，且進(jìn)一步提高工作面煤炭資源回收率，官地礦在22613工作面進(jìn)行了初采深孔爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)研究。

2 聚能爆破切頂技術(shù)參數(shù)確定

2.1 炮孔位置確定

（1）主炮孔

根據(jù)官地礦22613工作面上覆頂板巖層的具體位置，結(jié)合相似工作面的工程經(jīng)驗(yàn)，采用23 m深的炮孔可以達(dá)到強(qiáng)制放頂?shù)男Ч?。在工作面切眼處布置兩排炮孔用于?qiáng)制切頂。為了擴(kuò)大炮孔爆破范圍，炮孔均在孔底呈倒“八”字，在孔口處呈現(xiàn)“三花眼”布置，兩組炮孔A組炮孔與切眼軸向平行布置，B組炮孔相對(duì)于切眼軸向斜向布置，見(jiàn)圖1。

圖1 炮孔布置

A組炮孔內(nèi)紅色范圍內(nèi)進(jìn)行裝藥，藍(lán)色范圍內(nèi)進(jìn)行封孔，為了施工方面，A組炮孔斜向上60°進(jìn)行施工。A組炮孔沿著工作面切眼頂板直線型布置，共布置18個(gè)炮孔，每隔10 m布置一個(gè)炮孔，見(jiàn)圖2。

圖2 切眼A組炮孔平面、剖面

圖3 切眼B組炮孔平面、剖面

B組炮孔每隔10 m布置一個(gè)，共布置18個(gè)炮孔。炮孔沿著工作面支架掩護(hù)梁上方的頂板巖層處直線型布置。B組炮孔布置時(shí)保證炮孔與支架切頂線的距離大于0.5 m，B組炮孔斜向上60°進(jìn)行施工，水平向上傾斜45°進(jìn)行施工。并保證B組炮孔與A組炮孔距離1 m左右。見(jiàn)圖3，紅色為裝藥段，藍(lán)色為封泥段。

（2）輔助炮孔

為了保證22613工作面初采時(shí)切眼處頂板巖層能夠順利的垮落，在A、B兩組炮孔基礎(chǔ)上，在增加一組輔助炮孔—C組炮孔，炮孔布置于切眼前方10 m的上下端頭巷道中，共6個(gè)炮孔，見(jiàn)圖4。

圖4 C組炮孔平面、剖面

2.2 炮孔直徑確定

采用深孔爆破強(qiáng)制切頂技術(shù)時(shí)，炮孔直徑一般為60～120 mm。當(dāng)炮孔直徑較大時(shí)，在進(jìn)行爆破時(shí)容易發(fā)生沖孔現(xiàn)象，且炮孔封泥較為困難；由于爆破影響范圍與炮孔直徑成正比，當(dāng)炮孔直徑較小時(shí)，容易造成炮孔爆破范圍較小，影響切頂效果，且炮孔裝藥時(shí)較為困難。由于管道熄爆效應(yīng)明顯的間隙范圍是炮孔裝藥直徑的0.15～3倍大小，且在1.2倍時(shí)爆破效果最優(yōu)。因此，本次工作面深孔爆破采用直徑為75 mm的炸藥和直徑為90 mm的炮孔。

2.3 炮孔間距

炸藥爆破后分別形成：壓碎區(qū)、擴(kuò)腔區(qū)、裂隙區(qū)，見(jiàn)圖5。而炮孔的間排距與炸藥形成的區(qū)域尺寸有著重要的關(guān)系。

圖5 炮孔爆破后各區(qū)分布

由官地礦22613工作面采用的3號(hào)乳化炸藥參數(shù)和工作面頂板巖層的具體力學(xué)參數(shù)，可以計(jì)算出當(dāng)炮孔炸藥爆破后，壓碎區(qū)的直徑大約為618 mm，裂隙區(qū)的直徑大約為4229 mm。因此可以得到，爆破炮孔間距小于4229 mm即可。由于22613工作面采用雙排炮孔進(jìn)行頂板預(yù)裂，根據(jù)相似工作面工程經(jīng)驗(yàn)，A、B兩組主炮孔采用1 m排距、10 m間距布置，C組輔助炮孔采用0.5 m間距布置。

2.4 封孔長(zhǎng)度

采取合理的封孔長(zhǎng)度，不但可以保證不產(chǎn)生拋擲漏斗，而且可以保證炮孔爆破時(shí)封孔段圍巖也可以裂開。根據(jù)相似工作面深孔爆破工程經(jīng)驗(yàn)可知，封孔長(zhǎng)度需要大于等于4.2 m。因此A、B兩組炮孔封孔長(zhǎng)度確定為5 m，由于C組炮孔位于巷道內(nèi)部，為了保證巷道圍巖的安全穩(wěn)定，C組炮孔封孔長(zhǎng)度確定為8 m。

官地礦22613工作面炮孔參數(shù)見(jiàn)表2和表3。

炮孔每米裝藥重量為1 kg，主炮孔每炮孔裝藥重量1×18=18 kg，A、B兩組總計(jì)36個(gè)炮孔，總量=1×18×36=648 kg；C組輔助炮孔共計(jì)6個(gè)，裝藥長(zhǎng)度不等，總計(jì)（18+22+42）×2=164 m，總量=164×1=164 kg。

3 應(yīng)用效果

1）解決了工作面兩端頭孔頂強(qiáng)化了工作面兩端頭空頂面積大的問(wèn)題。22613工作面初采深孔爆破切頂技術(shù)采取大小循環(huán)作業(yè)，頂板條件好，布置打深孔眼；頂板破碎，布置中淺孔；為實(shí)現(xiàn)放炮良好效果，運(yùn)用低高位分段爆破，利用自由面，達(dá)到目標(biāo)放炮效果，解決工作面兩端頭空頂面積大的問(wèn)題。

表2 主炮孔參數(shù)

表3 輔助炮孔參數(shù)

2）安全保障有了提高。不僅減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還為安全工作奠定了一定的基礎(chǔ)，在復(fù)雜得地質(zhì)條件下，使職工的人身安全得到了保障，為礦區(qū)穩(wěn)定和社會(huì)的和諧發(fā)展起到積極的作用。

3）創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。每天多出煤200 t，（煤價(jià)按300元/噸）300×200×365=2190萬(wàn)；設(shè)備及材料消耗相比減少：70萬(wàn)；節(jié)約人力資源費(fèi)用：30萬(wàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)官地煤礦22613工作面采空區(qū)頂板懸空較大、控制困難等問(wèn)題，采用理論分析和工程經(jīng)驗(yàn)確定了采用3組炮孔針對(duì)頂板進(jìn)行爆破切頂：A組炮孔沿切眼頂板直線形布置，共18個(gè)炮孔；B組炮孔布置于支架掩護(hù)梁上方的頂板巖層處，孔口呈直線形布置，共18個(gè)炮孔；C組炮孔布置于上下端頭巷道里向后上方，共6個(gè)炮孔。并具體確定了各組炮孔具體各項(xiàng)參數(shù)。最后在22613工作面得到了實(shí)踐應(yīng)用，不但保證了工作面的安全生產(chǎn)，且創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。