深孔爆破切頂卸壓技術(shù)在斜溝礦的應用研究

牛興平

摘 要：斜溝礦為解決綜采工作面兩端頭采空區(qū)頂板管理難題，對23105工作面巷道進行了深孔定向爆破卸壓的研究與實踐工作。實踐表明，深孔爆破切頂卸壓技術(shù)的卸壓效果顯著，對23105工作面初采時強制放頂，使頂板及早充分冒落、對采空區(qū)起到充填支撐作用;回采時在高位覆巖采取切頂卸壓技術(shù)，切斷應力傳播路徑。減少后期巷道的維修量，體現(xiàn)出顯著的社會與經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：切頂卸壓技術(shù);深孔預裂爆破;應力傳播;頂板

隨著，礦井采掘深度和開采強度的不斷增加，斜溝礦為解決23105工作面回采期間受相臨工作面采動影響出現(xiàn)的頂板破碎、離層，幫部片幫和底板底鼓等現(xiàn)象。斜溝礦研究采用深孔爆破切頂卸壓技術(shù)，在23105工作面回采時在高位覆巖采取切頂卸壓技術(shù)，切斷應力傳播路徑，保護巷道圍巖的穩(wěn)定性，降低后期的維修量，有效提升礦井的煤炭回采效率。

1 23105綜采工作面概況

斜溝礦23105綜采工作面位于該礦21采區(qū)回風上山北側(cè)，西側(cè)、北側(cè)均為實煤區(qū)，地面位于店灣村南側(cè)，植被發(fā)育，灌木叢生，無重要建筑物。蓋山厚度145m～356m。開采的13#煤層平均厚度14.5m，煤層平均傾角8.6°，煤層結(jié)構(gòu)復雜，上部有厚度0.15m的泥巖夾石層。工作面老頂為砂質(zhì)泥巖，厚度2.5m;直接頂為中粒砂巖，厚度度4.6m;偽頂為泥巖，厚度0.5m。結(jié)合相臨工作面的回采情況，所采煤層直接頂板為極其堅硬的整體性厚巖層，在采空區(qū)能懸露30m以上而不垮落，給初采造成嚴重的安全隱患。采用深孔爆破切頂卸壓技術(shù)，可使頂板及時垮落，降低初次來壓強度;預防瓦斯大量涌出，發(fā)生采空區(qū)自燃發(fā)火事故[1]。

2 深孔爆破切頂卸壓技術(shù)準備工作

斜溝礦23105綜采工作面地質(zhì)構(gòu)造復雜，區(qū)域內(nèi)存在斷層和無炭柱。遇頂易板漏頂，導致大采高工作面兩端頭頂板破碎;兩端頭懸頂大后，放頂困難;支架初撐力不足，周期來壓后增加瓦斯積聚，增加安全隱患。斜溝礦在對深孔爆破技術(shù)進行深入的理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合工作面的實際情況選定了科學的施工工藝流程和技術(shù)參數(shù);并通過數(shù)值模擬，驗證了在23105綜采工作面初采期間采用深孔爆破的作業(yè)方式進行強制放頂?shù)目尚行訹2]。

3 深孔爆破切頂卸壓技術(shù)要點分析

3.1 爆破鉆孔設(shè)置

根據(jù)23105工作面巷道頂板巖層位置，炮孔深度23m時可以達到處理范圍。A、B兩排炮孔布置在切眼內(nèi)，A組與切眼軸線平行，B組斜向前方（仰角60°）。兩組炮孔在孔口處設(shè)置為“三花眼”形，孔底設(shè)置為倒“八”字形，盡可能的延伸弱化范圍。爆破鉆孔設(shè)置圖如圖1所示。

A組炮孔沿切眼頂板直線形布置，每一個炮孔間隔10m，共布置18個炮孔，編號分別為A1～A18，為便于施工A組孔距切眼后幫煤壁<0.5m即可。切眼炮孔平面圖如圖2所示。圖中炮孔內(nèi)藍色為封泥段，黃色為裝藥段。炮孔按60°仰角施工，以便于施工及裝藥。

B組炮孔在支架掩護梁上方的頂板處開孔，孔口呈直線形布置，每隔10m布置一個炮孔，共布置18個炮孔，編號依次為B1、B2、B3、至B18，B組孔距支架上方切頂線不小于0.51m即可，且A、B兩組孔排拒保持在1m左右。B組炮孔平面如圖3所示。炮孔仰角=60°，且向前方傾斜45°水平角。

在爆破切眼施工期間，在爆破切眼前方的上、下兩端頭巷道里（向后上方）必須分別施工一組炮孔，以確保上下端頭處頂板在回采時順利垮落。爆破切眼拉槽處的鉆孔設(shè)置技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.2 施工孔徑與孔間距

爆破切頂卸壓，爆破頂鉆孔的孔徑一般在65mm～ 115mm。當炮孔直徑較小時，裝藥比較困難，而且爆破影響范圍與炮孔爆破直徑成正比關(guān)系，炮孔孔徑小爆破效果較差，但當炮孔直徑太大時，封泥困難，容易造成“打槍”、“沖孔”現(xiàn)象，會影響爆破效果。管道熄爆效應明顯的間隙范圍是0.12～3倍的裝藥直徑，尤以0.2倍裝藥直徑的間隙最強烈。管道熄爆效應強烈時的不耦合系數(shù)范圍一般是：1.12<α<3.82。本次使用的炸藥直徑為Φ75mm（不算外殼Φ70mm），即當炮孔Φ90mm時管道效應最強。因此炮孔定為Φ80mm，不耦合系數(shù)為1.06。炮孔間距和排距由炸藥在爆破后形成的破碎區(qū)半徑與裂隙區(qū)半徑?jīng)Q定。

根據(jù)23105工作面頂板的力學參數(shù)和3#乳化炸藥性能參數(shù)，估算壓碎區(qū)Φ623mm，裂隙區(qū)Φ4238mm。切眼爆破布置炮孔詳情如下：孔底間距<4238mm，布置雙排炮孔，炮孔呈倒“八”字形，A、B組孔口間距=10m，排距=1m左右，C組孔口間距=0.5m左右。

3.3 施工鉆孔的深度

柱狀藥包爆破時，煤巖體抗爆能力與炮孔深度成正比，且封孔長度和煤巖體抗爆強度直接影響炸藥爆煤巖能力。若封孔過短，抗爆能力降低，在爆炸時會影響爆破效果，嚴重時會破壞順槽的穩(wěn)定與支護;如果若封孔過長（≧臨界長度），使爆煤巖能力<抗爆能力，致使封孔段煤巖體無裂隙形成，同樣達不到應有爆破效果。因此，合理的封孔長度，既要保證封孔段煤巖體松動預裂，同時又不能產(chǎn)生拋擲漏斗。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，當炮孔深度>2.5m，封孔長度≧1m，但結(jié)合實際23105工作面采用深孔爆破技術(shù)而言，以試驗結(jié)論及數(shù)值模擬為依據(jù)，封孔長度一般≧4.2m?？紤]到C組爆破點屬于巷道內(nèi)，容易造成巷道損壞事故，因此結(jié)合孔深及角度，A、B組封孔長度確定5m，C組封孔長度為8m，才能取得良好效果。

3.4 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

采用深孔爆破切頂卸壓后，提升回采率，減少基本頂懸頂面積，和采空區(qū)頂板對煤柱的壓力，特別是降低采動擾動對相鄰巷道的應力集中和破壞，實現(xiàn)巷道的卸壓和保護巷道目標。

4 效益分析

采用該技術(shù)后，按照噸煤280元計算，提高經(jīng)濟效益約兩千萬元，降低生產(chǎn)成本65萬，提高產(chǎn)量360t。與此同時，大大的節(jié)約人力和物力的消耗，減輕勞動強度，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟價值的同時，并且為安全工作創(chuàng)造了一定的基礎(chǔ)條件，保障職工安全。體現(xiàn)出顯著的社會與經(jīng)濟效益。

5 總論

現(xiàn)場實踐分析可知，斜溝礦在23105綜采工作面采用深孔爆破切頂卸壓技術(shù)后，效果顯著：首先，有效地充填支撐了采空區(qū)，最大限度地減少了回采動壓對鄰近巷道的影響，降低了斜溝煤礦巷道掘進維護成本，實現(xiàn)了巷道的卸壓和保護的目的，有效緩解工作面采掘接替緊張的局面，達到降本增效具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]李永軍，孫亮.大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)及水力壓裂切頂卸壓技術(shù)研究[J].煤炭與化工，41（12）：7-9.

[2]羅偉榮.綜采工作面停采線優(yōu)化設(shè)計及切頂護巷技術(shù)[J].江西煤炭科技，2019（3）：160-162.