綜放工作面切眼深孔爆破處理頂板及回收頂煤技術

呂建為 劉 健 盛 立 李國鋒

（1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇省徐州市，221008；2.兗礦集團有限公司生產技術部，山東省鄒城市，273500；3.兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東省鄒城市，273512）

綜放工作面切眼深孔爆破處理頂板及回收頂煤技術

呂建為1，2劉 健1，3盛 立1李國鋒3

（1.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇省徐州市，221008；2.兗礦集團有限公司生產技術部，山東省鄒城市，273500；3.兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東省鄒城市，273512）

介紹了東灘煤礦在14310綜放工作面切眼實施深孔爆破處理頂板，提高煤炭資源回收率，實現切眼頂板安全垮落及提前放煤所采取的措施。

綜放工作面 切眼 深孔爆破 強制放頂

為了使直接頂在工作面推出切眼后能夠垮落，實現綜放工作面出切眼錨網區后，能夠回收頂煤以減少資源損失，東灘礦進行了爆破處理綜放面切眼頂板以提高煤炭回采率的嘗試。

1 試驗工作面地質概況

東灘煤礦14310（東）工作面位于十四采區最北部，軌道巷走向長972.74m，運輸巷走向長938.51m，工作面傾斜寬261.8m。工作面回采3＃、3上、3下煤層，平均煤厚8.75m，內生裂隙發育，參差狀斷口，條帶狀結構，以暗煤為主，夾鏡煤條帶，煤層硬度中等。采用綜放采煤工藝，割煤高度為3.7m，采放比為1∶1.378。

表1 14310（東）回采工作面煤層頂底板巖性特征

14310（東）回采工作面煤層頂底板巖性見表1。根據東灘礦綜放面的礦壓觀測資料，相鄰工作面同煤層礦壓實測值直接頂初次跨落步距為13～18m，老頂初次垮落步距為40～55m，周期來壓步距為10～20m。兩巷支承壓力超前影響范圍預計為30～80m。

2 爆破參數確定

2.1 炸藥爆炸形成裂隙圈半徑的計算

根據爆破理論，炸藥爆炸后，形成的裂隙圈的半徑為：

其中P2為孔壁初始沖擊壓力峰值（MPa），

式中：ρ0——炸藥密度，10kN／m3；

ν——泊松比，0.25；

D1——炸藥爆速，水膠炸藥為4150m／s；

σT——巖石的抗拉強度，4MPa；

a——應力波衰減指數，a＝2－b＝1.67；

n——壓力增大倍數，取12；

rc——藥卷半徑，取13mm；

rb——鉆孔半徑，16mm。

將以上參數代入式（1）和式（2），得孔壁初始沖擊壓力峰值P2為7432.3MPa，裂隙圈半徑Rp為753mm。

即炮眼直徑為?32mm，炸藥藥卷直徑在?26mm的情況下，炸藥爆炸后形成的裂隙圈半徑為753mm。

2.2 鉆孔間距、深度的確定

由于爆破形成的裂隙圈半徑為753mm，為了在直接頂沿工作面形成一條破碎裂隙帶，需要鉆孔爆破后形成的裂隙圈能連接起來，故鉆孔間距應為2Rp，即1.51m。考慮實際工作面支架架間距為1.5m，因此取炮眼間距為1.5m。

本次預裂對象主要為頂煤，故鉆孔深度必須超過最大頂煤厚度，從施工考慮選取鉆孔角度為75°。經計算，鉆孔深度為5.95m。為確保爆破效果，促使直接頂及時垮落，工作面炮眼深度確定為7m。如圖1所示。

圖1 工作面鉆孔深度

2.3 裝藥、爆破方式

每孔裝藥長度為4.5m，采用乳化炸藥，裝藥裝在孔底；每孔炸藥由4～6發延期時間不超過130ms的同段位毫秒延期電雷管引爆，孔內雷管均勻布置、并聯起爆。未裝藥段用塑料炮塞、炮泥、水炮泥封嚴、封滿。炮眼結構見圖2。

圖2 炮眼裝藥圖

炮眼的封孔長度為2.5m。封孔采用黃泥封孔，封孔必須封嚴、搗實。聯線方式為孔內并聯，孔間串聯。同時起爆孔數根據現場裝藥情況決定，但最多一次起爆不超過10個孔。爆破范圍在工作面6＃支架至170＃支架之間。

3 爆破處理后頂煤回收情況

工作面推進3m后，就有頂煤冒落，推進5.7m時，全范圍架后頂煤垮落，局部架后見頂板巖石，推進9.8m時，工作面直接頂全部垮落。

工作面初采損失為9.8m，動用儲量29802t，回采率達到81.01%，比不進行爆破處理切眼頂板情況多回收煤炭約4800t。

4 爆破處理后頂板垮落情況及超前壓力影響

（1）通過初采期間礦壓觀測，14310（東）綜放面的直接頂垮落步距軌道巷側5.7m，中部9.8m，運輸巷側7m，比未實施爆破的同煤層實測值顯著減少。

（2）工作面老頂初次來壓步距。軌道巷為49.5m，中部為36.75m，運輸巷為23.5m，平均36.58m（包括開切眼 寬度8.5m），比未實施爆破的同煤層實測值稍有減少。

（3）周期來壓平均步距為13～19m，和未實施爆破的同煤層實測值吻合。

（4）運輸巷超前影響范圍30m，劇烈影響區域20m；軌道巷超前影響范圍70m，劇烈影響區域45m。劇烈影響區域小于未實施爆破的同煤層實測值，實施切眼深孔爆破，對緩解初采壓力顯現有一定作用。

5 結論

實際應用結果表明，深孔爆破處理綜放面切眼頂板取得良好效果。

（1）可以減小直接頂的垮落步距。

（2）減少綜放面初采損失，提高煤炭回采率，產生巨大經濟效益。

（3）可以減小礦山壓力在工作面初采期間的影響范圍及影響程度，對初采工作面頂板及上下巷道超前支護具有積極作用。

（4）合理確定爆破參數，深孔爆破處理綜放面切眼頂板是安全可行的。

[1] 劉文.大同“兩硬”綜放工作面頂煤注水一爆破聯合弱化技術[J].中國煤炭，2011（6）

[2] 邢書仁，肖力，張錦鵬.煤層預裂爆破復合型宏觀裂紋擴展的斷裂理論分析[J].中國煤炭，2010（10）

Practices on long－hole blasting in roof treatment of open－off cut in full－mechanized caving face and top－coal recovery

Lv Jianwei1，2，Liu Jian1，3，Sheng Li1，Li Guofeng3
（1.School of Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China；2.Production and Technology Department of Yankuang Group，Zoucheng，Shandong 273500，China；3.Dongtan Coal Mine of Yanzhou Coal Mining Company Limited，Zoucheng，Shandong 273512，China）

In order to increase coal recovery rate，long－hole blasting technology was used in roof treatment in Dongtan coal mine 14310full－mechanized caving face open－off cut，Accumulated experience was researched and studied on how to realize roof caving safety and take effective measures before coal caving.

full－mechanized caving face，open－off cut，long－hole blasting，forced caving

TD823.97

B

呂建為（1969－），男，高級工程師，山東科技大學工程碩士，現任兗礦集團生產技術部副主任工程師兼采煤科科長。1992年參加工作至今，一直從事礦井采煤生產技術管理工作，發表專業論文多篇。

（責任編輯 張毅玲）