綜采工作面堅硬頂板預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)研究

陳國華

【摘 要】 本文針對綜采工作面堅硬頂板懸而不垮問題，采用深、淺孔相結(jié)合的預(yù)裂爆破方式對堅硬頂板進(jìn)行處理并詳細(xì)對預(yù)裂爆破方案進(jìn)行設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用后達(dá)到了切頂卸壓處理堅硬頂板的目的。結(jié)果表明：1）將切頂高度設(shè)計為10m可實(shí)現(xiàn)對3號基本頂中砂巖弱化處理，滿足現(xiàn)場礦壓控制需要;2）現(xiàn)場應(yīng)用后基本頂垮落從機(jī)尾向機(jī)頭方向發(fā)展并有分段來壓趨勢，初次來壓步距平均為29.7m，來壓強(qiáng)度較小，頂板來壓期間煤壁、瓦斯等均未出現(xiàn)異常，應(yīng)用效果顯著。

【關(guān)鍵詞】 綜采工作面;堅硬頂板;預(yù)裂爆破;卸壓;礦壓顯現(xiàn)

【中圖分類號】 TD823 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）05-0004-02

堅硬頂板具有承載能力強(qiáng)、裂隙不發(fā)育等特點(diǎn)，堅硬頂板巖層垮落特征與普通頂板存在明顯差異，采面開采后采空區(qū)懸露面積過大時會給礦井生產(chǎn)安全帶來顯著不利影響，眾多研究學(xué)者從各方面對堅硬頂板處理技術(shù)展開研究。本文就以4304綜采工作面為工程背景利用預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)對頂板進(jìn)行處理，現(xiàn)場應(yīng)用效果明顯。

1工程概況

山西某礦4304綜采工作面斜長220m、設(shè)計推進(jìn)距離1080m，由于受到褶曲影響，采面切眼至前方250m范圍仰斜開采，250m～1080m范圍為俯斜開采，在采面開采范圍內(nèi)局部區(qū)域直接頂裂隙發(fā)育。采面開采的3號煤層平均厚5.52m，傾角1～8°，平均埋深470m，具體采面頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1。采面上覆厚2.08m的砂質(zhì)泥巖隨采隨垮，但是直接頂上覆的厚8.06m的中粒砂巖較為堅硬，難以垮落。

2預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)方案

2.1切頂高度確定

對采面頂板堅硬巖層進(jìn)行預(yù)裂爆破切頂卸壓處理后，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)垮落的巖層可充填采空區(qū)，具體可通過公式（1）計算取得。

HX×ζ=He+HX（1）

其中：Hx表示頂板爆破卸壓后垮落高度（m）;He為采面采高（取值5.54m）;ζ為垮落巖石碎脹系數(shù)（取值1.5）。根據(jù)公式（12）求得Hx=11.08（m）。

3號煤層上覆直接頂、基本頂厚度分別為2.08m、8.4m，具體頂板處理切頂卸壓高度為采面上覆直接頂、基本頂之和，取值10m。

2.2切頂卸壓爆破方案

2.2.1爆破方式

根據(jù)以往礦井堅硬頂板處理經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合工程類比法，最終確定4304綜采工作面頂板切頂卸壓爆破采用淺、深孔相結(jié)合方式，并提出兩種爆破方案。將采面切眼沿傾向方向劃分成5個區(qū)段，具體見圖1。方案一為：將III區(qū)采用深孔爆破方式，其余的I、II、Ⅳ、Ⅴ區(qū)均采用淺孔爆破方式;方案二為：將II、III、Ⅳ區(qū)采用深孔爆破方式，I、Ⅴ區(qū)采用淺孔爆破方式。

方案二相對于方案一而言在采面回采巷道兩側(cè)增加布置8個爆破孔，增加的爆破孔深孔為12m、仰角為60°，裝藥、封孔長度分別為7m、5m;方案一及方案二的淺孔爆破方式相同。方案一由于施工的深孔爆破孔數(shù)量少，因?yàn)槭┕ば矢?，但是對頂板的預(yù)裂爆破效果較方案二有所降低。因此，當(dāng)時間以及現(xiàn)場條件允許時，應(yīng)盡可能采取方案二對頂板堅硬巖層進(jìn)行處理，從而提升頂板弱化效果。

2.2.2爆破孔現(xiàn)場布置

待4304綜采工作面切眼布置完畢后，為了確保采面推進(jìn)過程中兩側(cè)回采巷道三角區(qū)以及采空區(qū)不出現(xiàn)大面積頂板懸露問題，在采面架間、機(jī)頭位置以及保護(hù)煤柱處增加布置爆破孔對頂板進(jìn)行松動，具體采面選用方案二時爆破孔現(xiàn)場布置情況見圖2。

從圖中可看出，采面中部采用深孔爆破、兩側(cè)選用淺孔爆破方式，具體采面機(jī)頭、架間以及保護(hù)煤柱位置爆破孔為：

提前在機(jī)頭支架到切眼后方密封段位置中部布置兩排木垛，在垛間預(yù)留爆破孔鉆進(jìn)及爆破作業(yè)空間。炮眼斜向采面布置，炮孔深度控制在8～10m，當(dāng)炮眼深度較小時應(yīng)確保與豎向方向上夾角在55°以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)爆破孔最低6m以上的垂直處理范圍，炮眼走向間距控制在2m（即兩鄰近木垛間布置一個炮眼），從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)頭三角區(qū)巖層進(jìn)行弱化。具體機(jī)頭位置爆破孔布置參數(shù)見表2。

在切眼液壓支架間向采面后方布置12～16m深爆破孔，具體爆破孔位置應(yīng)依據(jù)回采時采空區(qū)頂板垮落情況確定布置參數(shù)見表3。為了確保爆破時炮孔周邊液壓支架及其他開采設(shè)備安全，爆破孔選用0.2kg藥卷并配合毫秒延時電雷管起爆，爆破時一次引爆相鄰近的3～5個爆破孔。

采面機(jī)頭每向前推進(jìn)2m距離，綜采隊在距底板3～4m位置斜向保護(hù)煤柱施工孔深3m爆破孔，從而降低煤柱對采面頂板支撐強(qiáng)度。具體炮眼參數(shù)見表4。

3爆破效果

對采面上覆堅硬中粒砂巖進(jìn)行預(yù)裂爆破后，頂板按機(jī)尾向機(jī)頭方向垮落。在采面推進(jìn)過程中對支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測，具體每隔10架支架監(jiān)測布置一個測點(diǎn)監(jiān)測支架工作阻力，具體監(jiān)測結(jié)果見表5。

從監(jiān)測結(jié)果得出，采面基本頂呈現(xiàn)出分段來壓特點(diǎn)，機(jī)尾、采面中部以及機(jī)頭位置頂板初次來壓步距分別為18.6～25.4m、27.5～33.2m、31.5～38.4m，采面基本頂初次來壓步距平均為29.7m。在基本頂來壓期間，動載系數(shù)較小、來壓強(qiáng)度不大，同時未能觀測到煤壁出現(xiàn)煤炮、大范圍片幫以及采面瓦斯超限問題。采面基本頂來壓步距、來壓強(qiáng)度均較小，并呈現(xiàn)分段來壓特點(diǎn)，表明在采面采用的預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)取得顯著的應(yīng)用效果。

4結(jié)束語

礦井4304綜采工作面直接頂為砂質(zhì)泥巖、裂隙發(fā)育基本可實(shí)現(xiàn)隨采隨落，但基本頂為堅硬的中粒砂巖，抗壓強(qiáng)度大，若不進(jìn)行處理勢必會造成基本頂在采空區(qū)內(nèi)大面積懸空，給采面生產(chǎn)安全帶來不利影響。

依據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際條件、結(jié)合工程類比法確定在采面中部采用深孔爆破、上下兩端采用淺孔爆破技術(shù)方案，并具體對采面機(jī)頭、架間以及煤柱側(cè)爆破孔布置參數(shù)及要求進(jìn)行設(shè)計。

現(xiàn)場應(yīng)用后，基本頂初次來壓步距介于18.6～38.4m，平均為29.7m，頂板來壓強(qiáng)度較小，來壓期間煤壁、瓦斯等均未出現(xiàn)異常，表明文中提出的預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用效果顯著。

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