綜放工作面初采深孔預裂爆破技術應用與研究

趙 鵬

（西山煤電集團官地礦，山西 太原 030022）

0 引 言

初采期間頂煤損失是在綜放工作面頂煤損失中最大的一部分損失。由于頂板在工作面初采期間的懸露面積比較小，因此頂煤在該期間的破碎程度很小，從而導致了頂煤不能及時冒落并且發(fā)生冒落的頂煤塊度比較大，這就造成了大量頂煤在工作面初采期間被遺棄在采空區(qū)中。綜合上述分析，在工作面初采期間通過采用弱化頂板的技術措施來達到提高綜采放頂煤開采煤炭采出率是十分有必要的。

1 工程概況

3407 工作面位于752 水平四盤區(qū)，在其北部與實體煤相鄰，在其南部與四盤區(qū)專用回風巷、軌道巷和皮帶巷相鄰，在其西部與已經(jīng)回采完的3406 工作面相鄰，在其東部與已經(jīng)回采完的3408 工作面相鄰，并且3407 工作面同已經(jīng)回采完的3406 工作面和3408 工作面之間各留設煤柱寬度為20m 的保安煤柱，3407 工作面屬于孤島工作面。

3407 工作面長度為174.5m，工作面推進長度為1360m。3407 工作面布置進風巷、回風巷和瓦斯巷，回風巷與瓦斯巷之間留設12m 的煤柱，3407 工作面的開切眼沿3 號煤層傾向開掘。圖1 所示為3407 工作面位置示意圖。

圖1 3407 工作面位置示意圖

煤層傾角為0°～5°，平均傾角為3°。根據(jù)三維地震報告資料表明，3407 工作面無斷層等構(gòu)造，但在3407 工作面回風順槽之中同四盤區(qū)軌道巷之間的距離為1011.9m～1060.5m 的位置處存在對工作面回采有一定影響的陷落柱。3407 工作面的地質(zhì)構(gòu)造屬于簡單類型。

3407 工作面采用傾斜長壁綜放工藝，全部垮落法管理頂板，共布置111 架ZF7200/17/33 型放頂煤液壓支架，運輸機機頭、機尾各布置3 架ZFG8000/18.5/33H 型端頭支架。3407 工作面采煤機截深為0.8m，開采高度和放煤高度分別為3.0m 和2.8m，一采一放的放煤步距，采放比大約1：0.93。

2 深孔預裂爆破方案

2.1 爆破器材的選用

由于本次深孔預裂爆破的主要對象為3407 工作面的細粒砂巖頂板，結(jié)合細粒砂巖的巖石力學物理特性，本次深孔預裂爆破炸藥選用煤礦許用三級乳化炸藥和毫秒延期小于130ms 的煤礦許用毫秒延期電雷管，各炮孔中并聯(lián)安裝兩發(fā)同段雷管。

2.2 炮孔深度

深孔預裂爆破的垂直炮孔深度通常根據(jù)煤巖體經(jīng)爆破作用之后能夠?qū)⒉煽諈^(qū)充滿的垮落高度來確定，炮孔仰角為45°，炮孔長度為17m。

2.3 炮孔直徑設計

根據(jù)所使用炸藥的規(guī)格參數(shù)以及現(xiàn)場工程實踐經(jīng)驗，結(jié)合3407 工作面頂板巖性狀況，鉆機選用ZLJ-350 型礦用坑道鉆機，炮孔直徑為75mm。

2.4 炮孔間距設計

深孔預裂爆破主要是通過爆破作用形成破碎區(qū)使得巖石中的弱面和裂隙逐步發(fā)展來達到弱化堅硬頂板的目的，根據(jù)以上分析可以得出炮孔間距必須要根據(jù)破碎區(qū)的直徑來確定。

任意一個巖體中質(zhì)點的應力強度可以由公式1表示：

由Mises 準則可以得出頂板巖層發(fā)生破壞的條件如公式2 所示：

式中：σcd為巖石自身的單軸動態(tài)抗壓強度，單位為MPa；σtd為巖石自身的單軸動態(tài)抗拉強度，單位為MPa；σ0為巖石自身的單軸受力破壞強度，單位為MPa。

代入相關頂?shù)装鍘r性數(shù)據(jù)可以得出巖石爆破粉碎區(qū)半徑和破碎區(qū)半徑分別為380mm 和1790mm，據(jù)此最終確定炮孔間距為3.5m。

2.5 裝藥結(jié)構(gòu)和方式

裝藥的方式為：首先通過炮棍將由膠帶纏繞第一個裝藥藥卷與導爆索而成的起爆藥卷推入到炮孔孔底，隨后依次將外部用膠帶纏裹的剩余乳化藥卷推入到裝入炮孔中，并且輕微擠壓以起到一定程度的防滑作用。

2.6 封孔方式和長度

封孔首先使用堵孔水泥封孔1m，此后使用黃土炮泥進行封孔，最后再使用封孔水泥在同炮孔孔口距離為2m 的位置處封孔1m，之后便停止封孔作業(yè)并將導爆索和雷管在炮孔外聯(lián)接好之后塞入炮孔內(nèi)，之后再使用炮泥將剩余段炮孔密封嚴實，最終扭結(jié)炮孔外露的雷管腳線成短路。圖2 所示為炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與封孔方式。

圖2 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與封孔方式

2.7 裝藥量

各個炮孔的裝藥量為33.075kg，使用藥卷數(shù)量大約為22 個。

2.8 一次起爆的藥量

每段毫秒延期電雷管的最大起爆藥量為35kg。

2.9 炮孔布置

圖3 所示為炮孔布置平面圖。

圖3 炮孔布置平面圖

圖4 所示為炮孔布置剖面圖。

圖4 炮孔布置剖面圖

2.10 放炮順序

第1 組的1 號炮孔、2 號炮孔、3 號炮孔→第2 組的5 號炮孔、6 號炮孔、7 號炮孔→第3 組的9 號炮孔、10 號炮孔、11 號炮孔→第4 組的13 號炮孔、14號炮孔、15 號炮孔→第5 組的17 號炮孔、18 號炮孔、19 號炮孔→第6 組的21 號炮孔、22 號炮孔、23 號炮孔→第7 組的25 號炮孔、26 號炮孔→第8 組的28號炮孔、29 號炮孔、30 號炮孔→第9 組的32 號炮孔、33 號炮孔、34 號炮孔→第10 組的36 號炮孔、37 號炮孔、38 號炮孔→第11 組的40 號炮孔、41 號炮孔、42 號炮孔→第12 組的44 號炮孔、45 號炮孔、42 號炮孔→第13 組的48 號炮孔、49 號炮孔、50 號炮孔→第14 組的51 號炮孔、52 號炮孔、53 號炮孔→第15組的54 號炮孔、55 號炮孔、56 號炮孔。

3 深孔預裂爆破效果

通過布置于3407 工作面的礦壓監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)顯示，初次來壓步距為39.2m，比已回采結(jié)束的未采用深孔預裂爆破的3408 工作面初次來壓步距小13.2m。3407 工作面初次來壓期間最大載荷為39MPa，比3408 工作面初次來壓期間最大載荷小5MPa。3407 工作面初次放煤步距為18m，比3408 工作面初次放煤步距小16m，相應地多放出煤量約1萬t，若按噸煤售價450 元/t 計算，則多放出的頂煤相應的經(jīng)濟效益為450 萬元。

4 結(jié) 語

通過將深孔預裂爆破技術應用于綜放工作面初采期間，可以弱化頂煤與上覆頂板之間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，達到了降低綜放工作面初次來壓強度、減少初采期間頂煤損失、提高采出率和經(jīng)濟效益、保證初采期間安全生產(chǎn)的目的，取得了顯著的經(jīng)濟技術效果。并且，本次綜放工作面初采深孔預裂爆破技術的成功應用，對該煤礦其他綜放工作面具有積極的推廣意義和經(jīng)濟技術價值。