長平礦大采高工作面切眼小孔徑預裂頂板技術

夏海濤

(晉城無煙煤礦業集團長平公司，山西 晉城 048006)

晉煤集團長平礦井為高瓦斯礦井，現主采3#煤層，煤層的平均厚度為6 m，采用傾斜長壁、全部垮落、后退式綜合機械化大采高一次采全高的采煤方法。綜采工作面采用兩進兩回四巷布置。4311工作面切眼沿頂沿底掘進，切眼的高度為6.7 m，由于老頂巖層致密堅硬，回采過程中不易垮落，使大采高工作面在初采初放時懸頂面積過大，容易造成瓦斯及頂板事故。原回采過的4307和4304工作面都采用大孔徑75 mm鉆孔，采用地質鉆機進行施工，鉆孔施工難度大，周期長，嚴重影響采掘銜接。因此，為了安全、快速和高效開采，采用小孔徑鉆孔對老頂進行弱化處理。

1 4311工作面基本情況

工作面采用傾斜長壁、全部垮落、后退式綜合機械化大采高一次采全高的采煤方法。

回采工藝順序為:割煤→拉架→推溜→清煤。

端頭及超前支護采用單體柱配合板梁以及槽鋼、錨索支護巷道頂板，工作面超前支護以外采用錨網帶索聯合支護?；仫L聯絡巷及回風通道使用打“田”字形木垛進行維護，并用鈀釘對木垛層層進行連鎖。

工作面布置的主要設備如下:

采煤機:艾苛夫SL500雙滾筒采煤機1臺。

刮板輸送機:SGZ1000/1710刮板輸送機1部。

液壓支架:工作面機頭到機尾分別布置ZYT12000/28/62型排頭架3架，ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZY12000/28/62型中間架120架，ZYGT12000/28/62型過渡架1架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共計129架。

轉載機:SZZ1200/375轉載機1部。破碎機:PCM375型錘式破碎機1部。膠帶輸送機:DSJ140/250/3×400型皮帶機1部。

2 地質及工作面支護情況

根據對4311工作面切眼頂板取巖樣實測可知，切眼老頂主要為細粒砂巖，厚度＞11 m，致密堅硬，穩定性好，一般不易垮落，屬堅硬巖石;直接頂為砂質泥巖，裂隙不太發育，屬半軟質巖石，平均厚度為2.3 m.切眼采用錨網索支護，錨索的規格為 SKP22×1702·6300，加長錨固，錨索布置方式為“三花布置”，排距1 000 mm，間距1 800 mm/1 550 mm.錨桿為高強度錨桿MSGLW－500 22/2400，布置方式為排距1.0 m，間距900 mm，具體布置示意圖見圖1.

圖1 4311工作面切眼強制放頂施工圖

3 具體施工

4311工作面切眼寬 9.0 m，高 6.7 m，如果采用錨網索支護，切眼中采用大孔徑75 mm專用鉆機打孔非常困難:在支架安設前進行打鉆，鉆孔變形率較高;在支架安設后進行打鉆，鉆機體積較大，作業空間不能滿足，為此提出了小孔徑42 mm錨索鉆機成孔方案。切眼支護密度大，特別是錨索支護，而且在以往頂板預裂后經常會發現錨索仍然起到很強的支護效果。為此淺孔預裂爆破須有目地的進行切斷錨索，采用小孔徑淺眼和深孔眼相配合的預處理方法。

表1 切眼炮孔參數表

3.1 淺孔預裂

4311工作面切眼采用淺孔炮眼預裂技術進行頂板處理，鉆孔基本布置在錨索附近(300～500 mm)，長度為4 m，主要目的就是切斷錨索同時為深孔預裂提供理想的爆破自由面。

3.2 深孔預裂

1)炮眼布置。

工作面設備安裝后，在切眼內距采空區側巷幫2 m處頂板打雙排眼，排距4 m(可根據切眼錨索布置調整，使炮眼與錨索保持300～500 mm)，深度10.3 m，并在工作面兩端頭向外側各打1組扇形炮眼，炮眼布置見圖1.218 m長的切眼共布置88個深孔炮眼(分別用 A1、A2、A3…A43、A44代表 44 個第一排深炮孔;分別用 B1、B2、B3……B43、B44代表 44 個第二排炮孔)，每排炮眼間距5 m，兩排炮眼無錯距。

2)鉆孔孔徑及炸藥規格的選型。

根據實踐經驗和理論計算，炮孔d42 mm，炸藥為d35 mm.徑向裝藥不耦合系數為1.2，具體炮孔參數見表1.

3)深孔炸藥安裝。

裝藥可以采用自制軟體炮棍裝藥，爆破使用的炸藥為3#煤礦許用乳化炸藥，炸藥的藥卷規格為d35 mm×200 mm，每卷炸藥重200 g.雷管采用煤礦許用毫秒延期雷管。

小孔徑鉆孔采用常規導爆索起爆不易安裝。研究提出采用雙雷管起爆，分別安設在裝藥段中部和尾部。

4)切眼爆破時間。

在切眼安裝液壓支架后，進行打眼、裝藥、聯線，在工作面切眼頂板退錨后進行爆破。放炮順序從機尾向機頭進行爆破。

爆破前，工作面通風系統按回采時的通風系統不變。

5)切眼炮孔爆破。

放炮使用BF－200型起爆器1臺，起爆順序:從43113巷側工作面端頭開始向43111巷側端頭分5次起爆，整個工作面炮眼分5次裝藥，按順序起爆。

3.3 端頭預裂

回風巷、運輸巷爆破炮孔布置。

a)在回風巷施工炮孔4個(風1、風2、風3、風4).風1、2孔口距回風巷外幫1.0 m，距切眼內幫7.5 m，炮孔仰角為35°，風3、4孔口距回風巷外幫1.0 m，距切眼內幫9.0 m，炮孔仰角為42°.炮孔軸線方向與風巷軸線方向平行(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。

b)在運輸巷施工炮孔4個(運1、運2、運3、運4).運1、2孔口距運輸巷外幫1.0 m，距切眼內幫7.5 m，炮孔仰角為35°，運3、4孔口距運輸巷外幫1.0 m，距切眼內幫9.0 m，炮孔仰角為42°.炮孔軸線方向與運輸巷軸線方向平行(炮孔仰角指炮孔與頂板之間的夾角)。

4211工作面端頭頂板弱化處理各炮孔參數與計算裝藥量表見表2.

表2 工作面設計炮孔參數與裝藥量表

炮眼布置見圖2.

圖2 端頭小孔徑炮眼布置示意圖

4 取得成果

4.1 垮落情況

1)爆破時頂煤垮落情況。2月6日所有炮孔爆破完以后，垮落情況為大部分直接頂垮落，48～61、70#～77#直接頂局部垮落，可見到矸石。

2)工作面開始回采，頂板預裂處理以后，工作面上端頭推進25.2 m時老頂來壓;工作面下端頭推進26.7 m時工作面老頂來壓;工作面中部推進32.2 m時老頂來壓。老頂跨落后基本充滿采空區，相比4301—4310工作面初次跨落歩距均在42 m以上，效果相對突出。

4.2 炮孔爆破效果分析

4311綜采工作面放炮以后，在運輸巷打一斜長18 m，傾角45°鉆孔對切眼預裂后進行了頂板窺視，主要觀測切眼放炮后頂板的變化情況。

1)頂板0.0～5.54 m，屬于淺孔爆破影響區，孔壁有明顯裂紋，整體性差，破壞程度較大。

2)頂板5.54～11.22 m，屬于深、淺孔疊加爆破影響區，從窺視視頻可知，老頂破碎嚴重。

3)頂板12.97～16.27 m，屬于深孔爆破影響區，孔壁有明顯裂紋，老頂破碎較重。

5 創新點

1)長平礦首次在大采高切眼(寬9.0 m，高6.7 m)頂板預裂采用小孔徑進行預裂。

2)提出了深淺孔綜合預裂方法:以深孔爆破預裂老頂為主，以淺孔爆破破斷錨索和增加深孔爆破自由面為輔的綜合放頂方法。

3)深孔裝藥往往由于鉆孔彎曲而無法安裝，本次創新采用軟體炮棍不會因此而無法安裝。

4)小孔徑深孔爆破因無法使用導爆索致使啟爆困難，本次創新采用雙雷管起爆，利用角線長度，合理布置雷管位置，啟爆效果良好。

6 推廣前景

通過此次對頂板預裂處理，減小了大面積垮落時易導致工作面瓦斯超限，移架困難等問題，杜絕了大面積頂板來壓對設備和人員的危害，并減少了工作面由于大面積懸頂發生漏風的現象。

該項目研究成果簡便可靠，易于實施，且經濟實惠，不僅在該礦區具有廣泛的應用前景，而且在國內類似條件的礦區也有重要的推廣、使用價值，具有顯著的社會效益，可為其他類似條件的礦區提供經驗及借鑒。

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