采前頂板預(yù)裂在堅(jiān)硬頂板綜采工作面中的應(yīng)用

崔永斌

(山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500)

當(dāng)煤層頂板為堅(jiān)硬且裂隙不發(fā)育巖層時(shí)，如砂巖、石灰?guī)r等，采面頂板不會(huì)隨著回采工作面開采及時(shí)垮落，會(huì)造成采面回采后頂板大面積懸露問題，若突然垮落，會(huì)給回采工作面生產(chǎn)安全帶來安全危險(xiǎn)[1～3]。為了確保采面生產(chǎn)安全，需要采取頂板弱化基技術(shù)，既采取人為措施增加頂板內(nèi)裂隙，從而使得頂板及時(shí)垮落?，F(xiàn)階段頂板預(yù)裂弱化技術(shù)包括有深孔預(yù)裂爆破、水力壓裂、CO2致裂等，不同的致裂技術(shù)具有其各自的特點(diǎn)[4～5]。文中就山西某礦1320工作面采取的預(yù)裂爆破處理堅(jiān)硬頂板技術(shù)進(jìn)行闡述，以期能為其他礦井處理堅(jiān)硬頂板提供借鑒。

1 工程概況

1320采面開采3號(hào)煤層，煤層厚度6.9m，采用綜采方式回采工作面布置切眼長300m，設(shè)計(jì)推進(jìn)長度860m，煤層埋深450m，傾角5°，具體頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 頂?shù)装鍘r性

根據(jù)3號(hào)煤層其他回采工作面礦壓顯現(xiàn)情況，預(yù)計(jì)1320采面基本頂初次垮落步距為60～90m，周期來壓步距為19～28m?；夭晒ぷ髅骈_采之后，煤層上覆的粉砂巖、細(xì)砂巖由于本身硬度大，支撐能力強(qiáng)，采面回采推進(jìn)后覆巖不能隨著回采工作面推進(jìn)及時(shí)垮落，巖層在采空區(qū)內(nèi)會(huì)大面積的懸露

，威脅采面生產(chǎn)安全。因此，在1320采面在切眼以及回采巷道內(nèi)采取用采前預(yù)裂技術(shù)對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)處理。

2 頂板采前預(yù)裂技術(shù)

2.1 實(shí)施工藝

在1320采面切眼掘進(jìn)及支護(hù)完成后，在采面切眼內(nèi)非采煤幫相距底板1500mm～2500mm施工一組預(yù)裂爆破鉆孔，除進(jìn)風(fēng)巷側(cè)布置的第一組為3個(gè)預(yù)裂爆破孔外，其余的各組均為4預(yù)裂爆破孔，組內(nèi)爆破孔間距為6m，組間爆破孔間距為12m。根據(jù)礦井生產(chǎn)安全，在1320采面回采推進(jìn)2.4m后進(jìn)行預(yù)裂爆破工作。

整個(gè)預(yù)裂爆破從運(yùn)輸巷向進(jìn)風(fēng)巷依次進(jìn)行，分組進(jìn)行裝藥，分次進(jìn)行爆破。爆破孔內(nèi)的乳化炸藥采用不耦合裝藥方式，為了提升爆破安全性，每個(gè)爆破孔內(nèi)均的導(dǎo)爆索、雷管等均布置兩個(gè)進(jìn)行引爆。裝藥的裝線方式為在同一爆破孔內(nèi)的雷管采用并聯(lián)方式進(jìn)行連接。一次起爆的爆破孔連接采用串聯(lián)方式，在1320切眼內(nèi)共布置10組爆破孔，爆破分10次進(jìn)行。具體爆破孔連線方式見圖1。

圖1 組間爆破孔鉆孔炸藥連線方式

在爆破鉆孔裝入乳化炸藥前先對(duì)爆破地點(diǎn)的頂板情況進(jìn)行檢查，并采用炮棍檢查炮眼質(zhì)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)爆破孔出現(xiàn)堵塞、塌孔等現(xiàn)象時(shí)，先對(duì)爆破孔進(jìn)行疏通再裝入乳化炸藥，爆破孔封深度為1/3爆破孔深度。當(dāng)爆破孔由于塌孔、堵塞等原因造成鉆孔深度在5.0m以內(nèi)時(shí)，該爆破孔不裝乳化炸藥。

在裝乳化炸藥前瓦檢員、安全員以及爆破員對(duì)切眼即將爆破的地點(diǎn)前后20m范圍內(nèi)的瓦斯、CO2、CO等濃度進(jìn)行測(cè)量，瓦斯?jié)舛仍?.5%以內(nèi)，其他的有害氣體濃度在允許范圍內(nèi)方可進(jìn)行爆破孔裝藥工作。在切眼內(nèi)布置的爆破鉆孔深度總計(jì)770m，具體鉆孔內(nèi)的封孔、裝藥以及連線結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)

爆破鉆孔分兩側(cè)進(jìn)行封孔，當(dāng)裝入炸藥后進(jìn)行第一次封孔，封孔至距離孔口1m位置處；在進(jìn)行第二次封孔之前先將導(dǎo)爆索、雷管采用膠帶捆綁一起后裝入爆破孔內(nèi)再采用炮泥進(jìn)行封孔，電雷管布置在孔口處。在爆破孔內(nèi)布置的導(dǎo)爆索長度與爆破孔長度一致。在爆破孔炮眼位置處加裝水炮泥進(jìn)填充密實(shí)，在水炮泥外側(cè)再采用黃泥封堵，黃泥封堵至爆破孔孔口，封孔長度為600mm。

2.2 安全技術(shù)措施

在往1320切眼爆破孔內(nèi)裝入乳化炸藥前先切斷運(yùn)輸巷/切眼等位置處得電源，并做好相應(yīng)得安全防護(hù)工作，安排專人看管送電工作，嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行停/送電工作，若發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)撤出作業(yè)人員；安排專人檢查爆破孔附近頂板情況，若發(fā)現(xiàn)頂板存在活矸時(shí)及時(shí)清理，確保不存在危險(xiǎn)時(shí)方可進(jìn)行裝藥工作；當(dāng)頂板有巖層松動(dòng)后者存在有活矸時(shí)，先對(duì)頂板進(jìn)行處理，方可進(jìn)行裝藥，否則嚴(yán)禁裝藥，同時(shí)在裝藥點(diǎn)附近的瓦斯?jié)舛缺仨氃谠试S范圍內(nèi)(0.5%)。

裝藥前應(yīng)先對(duì)清理爆破孔內(nèi)的巖塊、煤屑、巖屑等，爆破孔內(nèi)應(yīng)干凈，不影響裝藥。爆破孔裝藥時(shí)用炮棍輕推，嚴(yán)禁硬推，避免導(dǎo)爆索斷開。在1320進(jìn)風(fēng)巷口、回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷口以及采面出煤巷后均布置警戒線并安排專人進(jìn)行值守。

3 頂板弱化效果分析

在1320切眼內(nèi)共布置39個(gè)爆破鉆孔，其中有2個(gè)爆破孔由于塌孔嚴(yán)重，造成封孔距離在5m以內(nèi)停止爆破，其余的37個(gè)爆破孔均按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了爆破。在切眼爆破孔內(nèi)共裝入乳化炸藥1450kg，使用電雷管78個(gè)，導(dǎo)爆索長度在1330m。

在1320采面回采過程中，綜放支架放煤后，3號(hào)煤層粉砂巖直接頂均可隨采面及時(shí)垮落，直接頂初次垮落步距在10m以內(nèi)。在采面推進(jìn)至28m時(shí)，液壓支架來壓基本頂垮落，在垮落時(shí)可以聽到頂板斷裂聲音。采用采面頂板預(yù)裂爆破后，基本頂初次來壓步距在28m較未采取頂板弱化時(shí)初次來壓步距小9m，表明，在回采工作面切眼內(nèi)采取的預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用效果顯著。

4 總結(jié)

1)1320回采工作面頂板為堅(jiān)硬砂巖，頂板初次來壓步距約為38m，采空區(qū)內(nèi)頂板空頂距離長，采面回采時(shí)若不對(duì)頂板進(jìn)行弱化處理，會(huì)給采面生產(chǎn)安全帶來不利影響。根據(jù)采面地質(zhì)情況，提出采取預(yù)裂爆破技術(shù)處理煤層上覆堅(jiān)硬砂巖頂板，對(duì)爆破孔布置方式、裝藥結(jié)構(gòu)以及安全技術(shù)措施進(jìn)行闡述。

2)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，切眼內(nèi)對(duì)頂板堅(jiān)硬砂巖采取預(yù)裂爆破后，采面回采推進(jìn)后直接頂初次垮落步距10m、基本頂初次來壓步距為28m，分別較未處理前縮短5m、8m，液壓支架來壓不明顯，頂板弱化效果顯著。