預裂爆破放頂技術在堅硬頂板綜采面的應用

周玉龍

（霍州煤電集團悅昌項目部，山西 臨汾031600）

在煤礦開采過程中，頂板事故是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素，特別是當工作面的頂板致密堅硬，不易垮落情況下，隨著工作面的推進，采空區(qū)懸頂突然垮落導致頂板“切冒”的同時發(fā)生暴風沖擊，造成人員人身安全受到威脅和工作面設備的破壞。目前，國內(nèi)主要采取頂板高壓注水、頂板靜壓注水、淺孔循環(huán)放頂、深孔預裂爆破等幾種技術對工作面堅硬頂板進行弱化。其中深孔預裂爆破控制堅硬頂板方法相對于其他幾種方法，施工過程與工作面的生產(chǎn)無相互干擾，爆破預裂對K2灰?guī)r機理破壞明顯，預裂后能及時回采等。所以，針對105工作面實際地質(zhì)條件，選用此項技術對減少采空區(qū)的懸頂面積具有重要意義。

1 工作面概況

105 工作面開采9＃、10＃煤層，工作面煤層底板標高960～993m，工作面埋深198～373m，工作面走向長860 m，傾斜方向長220m。9＃煤層厚度為0.8～1.0m，平均厚度為0.9m，煤層傾角4.2°，煤層較薄，但厚度較穩(wěn)定；10＃煤層厚度為2.7～3.3m，煤層傾角4.2°，含0～2層夾矸，局部夾矸厚度達2.0m以上，極不穩(wěn)定。10＃煤層上方為0.1～0.8m（9＃、10＃層間距）的粉砂質(zhì)泥巖頂板，灰白色、層理發(fā)育。其上為0.9m厚的9＃煤層，頂板巖性為K2灰?guī)r，普氏系數(shù)f＞12，層厚12～15m。該頂板質(zhì)硬、致密，灰黑色，局部有燧石結合，為堅硬頂板。

2 105工作面頂板深孔爆破方案設計

105 工作面深孔預裂爆破炮眼布置參數(shù)，是在巖石力學實驗測定頂板試樣的物理力學參數(shù)和利用鉆孔窺視探測頂板巖體裂隙發(fā)育情況、層理及弱面分布情況的基礎上，通過理論分析和應用數(shù)值模擬分析堅硬頂板條件下，工作面的來壓強度、工作面支架支撐力集中區(qū)域的基礎之上確定的。

2.1 切眼炮眼布置方式及作用

為保證工作面回采前取得較好的超前預裂效果，在工作面切眼內(nèi)布置2排炮眼（見圖1），其中“拉槽”孔垂直頂板布置，放頂深度為12～15m，孔徑為94mm，孔間距為5 m；范圍擴大孔參數(shù)同上，炮孔向煤壁側傾角為40°～50°。

切眼“拉槽”孔：將頂板在開切眼切斷，在工作面開切眼形成直線型“拉槽”，使頂板由四端固支變?yōu)槿斯讨?，有效減小工作面的初次來壓步距。

范圍擴大孔：改變各炮孔向前的傾角時，開切眼各處頂板的破壞范圍和破壞程度不一樣，使工作面在推進過程中分段來壓，避免由于工作面集中來壓造成的動力沖擊，同時增大開切眼頂板的破壞范圍，使大范圍內(nèi)的直接頂和部分基本頂快速垮落，形成矸石墊層，降低頂板垮落時造成的沖擊。

圖1 切眼炮眼布置平面示意

2.2 順槽炮眼布置方式及作用

工作面推進前，在距切眼20m處上下順槽分別布置炮眼各一組（見圖2），每組布置5個炮眼，孔徑為94mm，并以此類推施工。其中，主切斷孔深度分別為1＃－95m、2＃－97m、3＃－44m、4＃－25m；仰角1＃－7°、2＃－7°、3＃－15°、4＃－28°；與切眼水平夾角為1＃0°、2＃12°、3＃27°、4＃55°。側向切斷孔深度均為34m，仰角均為37°，與順槽水平布置，炮眼終孔距頂板12m。

主切斷孔將頂板切斷，減少來壓步距；通過改變炮孔向采空區(qū)方向的傾角使工作面分段來壓，減小來壓強度；側向切斷孔將頂板側向切斷，使工作面由三端固支變?yōu)橐欢斯讨В瑴p少工作面來壓步距和來壓強度；使工作面兩順槽在工作面回采過后快速冒落，減少瓦斯的積聚。

圖2 順槽炮眼布置平面示意

3 炮眼施工方法

工作面內(nèi)深孔爆破打孔采用兩臺坑道鉆機施工，根據(jù)炮孔設計參數(shù)進行打孔，孔徑為Φ94mm。采用三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑為Φ94mm，鉆桿直徑為Φ75mm，每根鉆桿長度為1m。深孔爆破由于炮孔較深，為了便于裝藥，需采用特殊的炸藥被筒。炸藥被筒外徑為75mm，每節(jié)炸藥長度1m，延米炮孔消耗藥量5.5kg；裝藥前需先用炮棍探孔；封孔時采用風壓封孔器，封孔材料采用較潮濕的黃土（顆粒度小于5mm），長度不少于5m。炮孔封好泥后，開始聯(lián)線，聯(lián)線采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的方式進行，一個炮孔內(nèi)雷管的聯(lián)接見圖3，放炮使用MFB－100型起爆器。切眼拉槽起爆前，工作面推進3m，隨后沿著一個方向起爆，即從回風巷向進風巷方向順次起爆，一次起爆2組4個炮孔，順槽爆破時每次起爆1組5個炮孔。

圖3 炮眼兩發(fā)雷管的聯(lián)接方式示意

4 預裂爆破過程中的注意事項

1）保證上下隅角的有效爆破

工作面的上下隅角在開采過程中容易產(chǎn)生瓦斯積聚，對工作面的安全高效開采構成威脅，堅硬頂板工作面此問題更加突出。為了保證工作面的上下隅角頂板在開采過程中能夠順利及時垮落，先采取如下措施：

（1）合理設計頂板側向切斷孔的方位角和密度。

（2）若上下隅角出現(xiàn)大面積懸頂，采用補打淺孔的方式進行臨時處理。

（3）根據(jù)反饋的實際施工效果對側向切斷孔的方位角和密度進行調(diào)整。

2）防止發(fā)生殘爆、拒爆

（1）在鉆孔時盡量將孔內(nèi)巖渣排除，要求鉆桿鉆到規(guī)定深度時鉆機空轉至少5min。裝藥前利用炮棍進行涮孔，確保炮孔通暢，一旦出現(xiàn)塌孔，炮棍涮孔不順利時，使用鉆機鉆桿涮孔，利用高壓水的沖力將巖渣排除孔外。

（2）裝藥采用“軸向耦合”裝藥，即藥卷之間緊密連接無間隙，確保藥卷之間無巖渣等障礙物。

3）工作面出現(xiàn)局部垮落不充分時，采用支架后梁專用孔，向老山方向傾斜施工淺孔，參數(shù)一般為深度6m，迎山角度50°左右，封泥長度不小于3m。采用人工淺孔爆破，保證頂板充分垮落。

5 結語

通過實施深孔預裂爆破，105綜采工作面推進至15m時，頂板出現(xiàn)2／5大面積的跨落，當工作面推進至25m時，頂板全部跨落，采空區(qū)被跨落的巖石充實，在工作面初采過程中，未出現(xiàn)頂板切頂、支架壓死等現(xiàn)象，達到了頂板預裂弱化的效果，對頂板預裂爆破技術在礦井其它工作面的應用起到了較好的指導意義，保證了礦井的安全生產(chǎn)。