某煤礦61202工作面爆破切頂卸壓效果分析*

劉念全 陳 成 鄭炎榮 趙向陽(yáng)

（1.鄂爾多斯華興能源有限責(zé)任公司；2.安徽理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院）

深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在深部煤礦頂板處理和巷道圍巖控制方面得到了廣泛應(yīng)用。郭鵬飛等［1］采用雙向聚能張拉爆破技術(shù)，對(duì)巷道頂煤強(qiáng)度較小、直接頂較軟弱、基本頂堅(jiān)硬的復(fù)合頂板進(jìn)行了有效的預(yù)裂爆破。陳上元等［2］采用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，對(duì)預(yù)裂爆破切頂沿空成巷關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。高玉兵等［3］提出一種深部巷道定向拉張爆破切頂卸壓圍巖控制技術(shù)，并運(yùn)用數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，對(duì)該技術(shù)的作用效果開(kāi)展綜合研究。李民族等［4］針對(duì)堅(jiān)硬頂板條件下，實(shí)施定向預(yù)裂聚能爆破技術(shù)后存在鉆孔淺部裂縫率低、架后懸頂大的難題，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，提出了深淺孔組合聚能爆破技術(shù)。何滿潮等［5］為保證深孔預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在深部中厚煤層的成功應(yīng)用，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，對(duì)深部高應(yīng)力復(fù)合破碎頂板切頂留巷關(guān)鍵參數(shù)展開(kāi)研究。

針對(duì)某煤礦61202 工作面初采時(shí)初次垮落步距大、壓力顯現(xiàn)大、支護(hù)難度大和收作拆除周期長(zhǎng)等問(wèn)題，采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)對(duì)頂板進(jìn)行切縫處理，改變頂板的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)減壓初采，并從切縫效果和礦壓顯現(xiàn)2 個(gè)方面對(duì)爆破切頂卸壓效果進(jìn)行分析。研究成果可為煤礦類似問(wèn)題提供借鑒。

1 工程概況

某煤礦61202 工作面北鄰61201 工作面，南鄰61203 工作面，具體位置如圖1 所示，走向長(zhǎng)度為1 907 m，寬度為240 m，回采煤層為6 煤，黑色，塊狀—粉末狀為主，半亮煤為主，含暗煤和鏡煤條帶，屬半暗—半亮型，煤層厚度為10.4～25 m，平均厚度為16.6 m，煤層傾角為0°～8°，平均為2°。工作面基本頂主要為細(xì)砂巖，平均厚度為8.76 m，以灰白色的石英長(zhǎng)石為主，泥質(zhì)膠結(jié)，呈次棱角狀，分選性差。直接頂為粉細(xì)砂巖，平均厚度為2.8 m，灰色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斷口參差狀，見(jiàn)植物化石。直接底為泥巖，平均厚度為5.49 m，灰色，砂泥質(zhì)或泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斷口參差狀，見(jiàn)植物化石。老底為粗砂巖，平均厚度為11.68 m，淺灰色，以石英、長(zhǎng)石為主，分選磨圓中，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，半堅(jiān)硬。煤層及頂?shù)装鍘r層柱狀圖如圖2所示。

2 切頂卸壓深孔爆破設(shè)計(jì)

2.1 切縫炮孔布置

根據(jù)煤層厚度及開(kāi)采高度，為了有效降低老頂完整性，同時(shí)使煤層產(chǎn)生裂縫，增加煤層放出率，減弱頂板的支撐強(qiáng)度，減小垮落步距，在工作面開(kāi)切眼處實(shí)施切頂卸壓預(yù)裂爆破技術(shù)，達(dá)到切斷老頂砂巖，同時(shí)碎裂煤層，增加初采放頂煤開(kāi)采效率。開(kāi)切眼和順槽切縫位置如圖3（a）所示，開(kāi)切眼處切縫深度為30 m，每隔800 mm 實(shí)施一次預(yù)裂，開(kāi)切眼處切縫傾向工作面方向，距離回采幫200 mm，角度為15°，如圖3（b）所示；同時(shí)在2 條順槽中部超前支護(hù)100 m 段實(shí)施預(yù)裂切縫，切縫深度為30 m，間距為800 mm，兩順槽切縫角度為豎直偏向工作面方向15°，且在中心線處，如圖3（c）所示。

2.2 爆破參數(shù)確定

首先根據(jù)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行單孔試驗(yàn)，確定合理的裝藥量和封泥長(zhǎng)度，然后進(jìn)行間隔爆破，觀察兩相鄰裝藥孔之間空孔內(nèi)裂紋情況，如果兩相鄰裝藥孔之間空孔裂紋未達(dá)到裂縫率要求，最后進(jìn)行一次連續(xù)爆破試驗(yàn)。最終確定孔徑為60 mm，孔深為30 m，封泥長(zhǎng)度為12 m，炮孔間距為800 mm，單孔裝藥量為8.7 kg，采用連續(xù)爆破方式。爆破試驗(yàn)炮孔布置和參數(shù)如圖4所示。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

雙向聚能管（圖5）采用特制聚能管，特制聚能管長(zhǎng)軸外徑為49 mm，短軸外徑為41 mm，壁厚1.8 mm，聚能槽部位壁厚1.5 mm，聚能槽夾距36.5 mm，管長(zhǎng)1 500 mm。聚能爆破用二級(jí)煤礦乳化炸藥，藥卷直徑為35 mm，長(zhǎng)度為300 mm，爆破孔口用炮泥封孔，用導(dǎo)爆索串聯(lián)連接?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，聚能管安裝于爆破孔內(nèi)，每孔12 根聚能管，首先采用“4+4+4+3+3+3+3+2+2+1+1”的裝藥方式，每孔2 根導(dǎo)爆索，2 發(fā)雷管，爆破孔口采用專業(yè)設(shè)備用炮泥封孔，封孔長(zhǎng)度為12 m。

3 爆破切頂卸壓效果分析

3.1 預(yù)裂切縫效果分析

現(xiàn)場(chǎng)抽查切眼未爆破孔1#、2#和4#孔，以及兩順槽的5#和6#孔。1#未爆破孔在16.7 m 位置出現(xiàn)塌孔，在11.4～13.5 m、14.1～15.0 m 區(qū)段出現(xiàn)裂隙，裂隙率達(dá)到78%；2#未爆破孔在17.5 m 位置出現(xiàn)塌孔，在11.7～12.5 m、14.3～14.9 m 區(qū)段出現(xiàn)裂隙，裂隙率達(dá)到71%；4#未爆破孔在24.2 m 位置出現(xiàn)塌孔，在14.1～14.7 m、20.0～20.7 m、21.2～22.2 m、22.8～23.5 m 區(qū)段出現(xiàn)裂隙，裂隙率達(dá)到45%。同時(shí)在爆破過(guò)程中，未爆破孔內(nèi)有白煙冒出，說(shuō)明爆破孔裝藥爆破產(chǎn)生的壓力脈沖已經(jīng)沿著切縫方向貫通，達(dá)到雙向聚能拉張爆破預(yù)裂切縫的實(shí)際效果。

3.2 礦壓顯現(xiàn)對(duì)比分析

圖6 為各工作面初次來(lái)壓壓力峰值對(duì)比圖，從圖6 中可以看出，61202 工作面初次來(lái)壓壓力峰值明顯比61207、61303 和61201 工作面小，較61207 工作面峰值低8.5 MPa，較61303 工作面峰值低11.2 MPa，較61201 工作面壓力峰值低11.7 MPa。圖7 為各工作面初次來(lái)壓步距，從圖7 中可以得到61202 工作面初次來(lái)壓步距最小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，61202 工作面初次來(lái)壓期間，煤壁較為完整，未出現(xiàn)大面積片幫，支架采高在可控范圍內(nèi)，對(duì)工作面回采影響很小，表明深孔預(yù)裂爆破對(duì)礦壓控制具有顯著作用。

4 結(jié)論

深孔預(yù)裂爆破技術(shù)可以充分破壞工作面頂板的完整性，極大地縮小工作面初采初放期間頂板懸露面積，大大降低工作面初次來(lái)壓礦壓劇烈顯現(xiàn)影響，本次實(shí)踐所采用的一次連續(xù)爆破方式的參數(shù)為孔徑60 mm，孔深30 m，充填長(zhǎng)度12 m，孔距800 mm，單孔裝藥量8.7 kg，可為類似煤礦提供借鑒和參考。