火成巖頂板工作面深孔爆破強制放頂技術的應用實踐

鞏紅林

摘 要：通過對火成巖頂板工作面初采期間采空區大面積懸頂引發的安全問題進行分析研究，選擇實施深孔爆破強制放頂技術。通過實踐，改進并完善深孔爆破強制放頂工藝和施工方法，解決了影響深孔爆破強制放頂效果的關鍵問題，實現了強制放頂的預期效果，給工作面安全回采打下了堅實基礎。同時，為開采類似工作面積累了寶貴經驗。

關鍵詞：火成巖；深孔爆破；強制放頂；導爆索

中圖分類號：TV542 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0159-02

Abstract： Based on the analysis of safety problems caused by large area suspended roof in goaf during the initial mining period of igneous roof face， the technology of forced roof placement by deep hole blasting is selected. Through practice， the technology and construction method of forced roof placement by deep hole blasting are improved and improved. The key problems affecting the effect of forced roof placement by deep hole blasting are solved， and the expected effect of forced roof blasting is realized， which lays a solid foundation for safe mining of working face. At the same time， valuable experience has been accumulated for mining similar working face.

Keywords： igneous rock； deep-hole blasting； forced roof caving； detonation cable

1 地質概況

大興煤礦N1708工作面位于北一采區東部，本工作面煤巖形態為一單斜狀，煤種為氣煤，煤層傾角13°，煤層厚度在1.22～3.96m之間，一般為3.4m，煤層垂直節理發育，走向近東西，煤層呈黑色，由暗亮煤組成，條帶結構。煤層結構簡單，夾石較薄，一般在0.05m左右，巖性以泥巖、粉砂巖為主，硬度較小。該工作面位于7-2煤層中，兩順沿煤層頂板布置。根據地質鉆孔情況，工作面火成巖侵入較為嚴重，主要以巖床形式侵入，火成巖侵入層位在4-2與7-2煤層之間，呈現出東北部薄，西南部厚的趨勢，南部最厚為74.81m。主要影響區域在1切眼工作面運順側，走向50m，傾向110m。

2 工作面情況

工作面采用走向長壁后退式全部垮落綜合機械化開采方法。該工作面受火成巖影響，設計布置成大小面“刀把形”。一切眼可采走向長135m，傾斜長110m；二切眼可采走向長255m，傾斜長150m。一切眼布置了ZY6400/23/47型液壓支架66組，ZZ6400/24/47型液壓支架10組。二切眼布置了ZY6400/23/47型待加液壓支架27組，前端頭布置了ZZD24500/20/35型液壓支架2組，兩順超前支護選用ZT-9200/22/42型替棚支架支護。

3 影響安全回采因素

N1708工作面火成巖直接覆蓋一切眼煤層上方，厚度達到74.81m，初采期間將會造成采空區大面積懸頂，對安全回采構成極大威脅，主要有以下幾方面：

（1）隨著工作面開采，采空區懸頂面積不斷增加，造成頂板初次來壓步距加大，壓力積聚，隨著壓力的遞增，會導致工作面液壓支架被壓死或出現大面積片幫冒頂事故。

（2）初次來壓期間，頂板大面積突然冒落，形成高壓沖擊氣流威脅工作面人員安全、破壞綜機設備和通風設施。

（3）采空區突然冒落，大量瓦斯和有害氣體涌出，必然造成瓦斯超限，導致發生瓦斯事故或窒息傷亡事故。

（4）初次來壓步距加大，頂板壓力加劇，工作面煤體承壓增加，容易造成煤與瓦斯突出事故。

4 方案設計及施工

針對火成巖頂板，采取深孔爆破強制放頂技術。強制放頂技術首先要破壞火成巖頂板的完整性，使老頂形成懸臂狀，造成切頂線前移，實現工作面隨采隨落的目的。其次讓工作面老頂形成自由面，根據頂板巖層斷裂失穩運動原理，并充分利用礦壓顯現規律，縮短初次來壓步距，使上覆巖層較易垮落。同時，強制放頂冒落巖石要充滿或基本充滿采空區，對上覆巖層起支撐或墊層作用，從而減弱頂板垮落的沖擊強度。

（1）方案設計：根據工作面火成巖厚度、巖石膨脹系數及切眼高度，確定強制放頂基本高度3-12m。在液壓支架后方2.4m范圍內布置2排爆破孔，爆破孔與工作面傾斜方向平行布置，傾角25-50°，第一排在距工作面下幫0.8m處，孔間距4-6m，排距為0.8m，呈“一字眼“布置，并在前三角點布置掏槽眼，共設計爆破孔41個，孔深3-20m，累計深519.4m。

（2）爆破孔施工：工作面推進2.4m后停采，根據設計方案，選用SGZ-ⅢA型鉆機施工爆破孔，鉆頭 75mm。爆破孔方位、傾角由地測科專業技術人員測定，施工過程中由地測科全程監督并負責驗收。每個爆破孔施工完畢逐孔檢驗，編號記錄。

（3）制作藥卷：將每根導爆索與藥卷串接在一起，第一根導爆索與藥卷捆綁并安裝在藥卷里側300mm處，送到爆破孔眼底。第二根導爆索安裝在最外側藥卷內300mm處。導爆索與藥卷裝入爆破孔后，孔口預留300mm空間，剩余爆破孔用粘土炮泥和水泥錨固劑封實。

（4）由于爆破孔深度達到20m，每孔裝藥長度達到13m，為保證爆破效果采用了雙導爆索和雙雷管起爆一個孔的炸藥，但要分開連接，每根導爆索連接一個雷管，連接時應使導爆索導爆方向與雷管聚能穴方向一致。

（5）爆破工藝：炸藥型號為煤礦許用被筒三級乳化炸藥，藥卷直徑為 60mm，長度為750mm；雷管型號為煤礦許用毫秒延期電雷管，導爆索型號為SBMS-5，發爆器型號為Fd200L（B）型，水泥錨固劑規格為 32×250型。工作面所有爆破孔裝藥一次完成，采用正向裝藥，聯線方式為串聯，裝藥系數為0.65，炮泥裝填系數為0.35。每次起爆孔數量不得超過10個，共啟爆6次，單孔最大裝藥量45.6kg，單次啟爆最大藥量324kg，總裝藥量1.2t。

5 強制放頂工藝中應注意的問題

為保證爆破安全和強制放頂的效果，爆破作業應合理安排各道工序盡可能連續進行，以縮短施工時間，并做好各種保護措施以確保操作人員的安全。

（1）地面成立爆破指揮部，負責組織協調各系統；井下成立了爆破領導小組，現場跟班指揮爆破作業。

（2）提前對工作面、兩順及外圍頂板進行補強加固，重點是每循環放炮后行人路線的頂板隱患排查。

（3）提前1-2d對N1708工作面、兩順、外圍通風設備檢查、改造及加固工作，并對兩順及沿線監測設備進行檢修，確保監測設備靈敏可靠、數據準確。爆破前完成N1708工作面、兩順及外圍回風巷幫、頂、底板的全面洗塵工作。同時，安排專人對N1708工作面、兩順及外圍回風巷道、密閉進行自然發火檢查。

（4）擴大警戒范圍，確保爆破安全。如此大藥量爆破在大興煤礦尚屬首例，因此，整個北一采區從裝藥開始到爆破結束全部停產，在進入N1708回風流區域的巷道入口全部設警戒，包括總排，防止CO超限，發生窒息傷亡事故。啟爆點選在距爆破點1000米的新鮮風流中，每個警戒點安設1部電話，便于聯絡。

（5）安排安監員擔任專職的警戒人員，安監大隊提前對警戒人員進行培訓，明確每名警戒員的警戒位置。裝藥前，由地面指揮部下達指令，清凈警戒區域內人員，警戒員到達警戒指定位置后設警戒旗，并用電話向地面指揮部匯報。

（6）每次啟爆前將N1708邊切兩道風門同時敞開，防止高壓沖擊氣流破壞通風設施。為避免風流短路，在兩道風門之間用皮帶吊掛一道門簾。皮帶門簾與底板相接嚴實，釘制牢固。當爆破沖擊波沖擊門簾后，門簾自動恢復，確保工作面通風系統穩定。

（7）運送炸藥使用專用車。雷管、炸藥必須分開單獨運輸。運送前必須由調度統一安排，避開人員集中上下井時間，由保衛科專職人員押運。

（8）裝藥前，由地面指揮部向各停電單位下達停電指令，并由機電科指派專職人員進行停電監督，各單位停電后用電話向地面指揮部匯報，并由機電科確認。

（9）裝藥爆破：裝藥嚴格按照設計進行，首次爆破后，間隔至少60分鐘后進入爆破地點，從第二次開始間隔至少30分鐘后進入。爆破后從運順進入人員前，先由兩名救護隊員帶呼吸器由運順進入，檢查沿線、起爆地點氣樣，各項指標正常后，向地面指揮部匯報。由地面指揮部向井下爆破領導小組發出進入指令后，方可進入進行下一循環作業。

6 取得成果

（1）爆破造成工作面架后頂板形成深4-6m的溝槽，破壞火成巖頂板的完整性，使直接頂形成懸臂狀，實現工作面采空區頂板隨采隨落的目的，杜絕了采空區大面積懸頂引發的安全問題。

（2）頂板初次來壓平穩，采空區全部垮落并冒嚴，初次來壓后，回采過程中采空區頂板冒落跟進及時，未出現大面積懸頂現象。實踐證明，強制放頂工作取得了預期效果，給工作面安全回采打下了堅實基礎。

（3）深孔爆破強制放頂技術的成功應用，為開采火成巖或堅硬頂板工作面提供了技術保障，確保了工作面安全回采。同時，為開采類似工作面積累了寶貴經驗。

7 不足之處

（1）初采過程中采空區局部頂板冒落跟進速度較慢，兩順仍需采取拆卸支護錨桿螺母、錨索索具等卸壓措施。

（2）采空區冒落巖石成大塊狀，堆積巖石間隙大，采空區漏風嚴重，需定期進行充填。

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