中深孔預裂爆破技術在3X73工作面的應用

尹明輝

摘要：堅硬頂板預裂爆破可以降低老頂周期來壓強度，使采空區頂板隨采隨落，減少因沖擊氣流造成人員傷害及瓦斯災害。針對開灤集團范各莊礦頂板特點，我們采用中深孔預裂爆破的方法，提前對工作面以外的頂板進行預裂爆破，隨著工作面的推進，使預裂的頂板到采空區的位置時及時垮落，充填采空區，進而保證綜采工作面回采的安全。

關鍵詞：綜采工作面;中深孔預裂爆破;自然垮落

在我礦綜采工作面回采過程中，采空區落板不及時仍是困擾我們煤炭安全生產的實際問題，尤其是遇煤層頂板堅硬、完整、不易冒落的區域或綜采工作面初采階段，我礦綜采工作面采取自然垮落法充填采空區，隨著工作面的推進，由于落板不及時，往往造成采空區懸頂面積不斷擴大，當采空區大面積瞬間垮落時，極易造成高壓氣流沖出，導致人員傷亡和設備損壞。而且容易造成老塘側的瓦斯瞬間涌出，誘發瓦斯重特大事故。因此，我們采用中深孔預裂爆破技術，縮短綜采工作面周期來壓的步距，減少采空區懸頂面積，使老塘側的頂板及時垮落并充填采空區，消除安全隱患。

一、范各莊礦業分公司七煤層及圍巖基本地質條件介紹

3X73工作面屬七煤層工作面，七煤層為復雜結構中厚煤層，煤巖類型以半亮型和半暗淡型煤為主，中間夾1～2層暗淡型煤，底部為光亮型煤，煤層中節理裂隙發育，棱角狀斷口。煤層厚度穩定，最厚4.80米，最薄2.10米，平均煤厚3.45米;傾角變化不大，最大15°，最小10°，平均傾角13°。工作面偽頂較發育，最厚3.00米，最薄0.20米，平均1.60米，且偽頂上部發育0.2米煤線，局部發育復合偽頂。直接頂平均厚度為1.60米，屬粉砂巖，致密、堅硬，巖石堅固性系數一般在8-10之間，特征為灰黑色，層理較發育，含雜亂的細小植物化石，頂部發育0.2米煤線。老頂平均厚度為1.46米，屬粉砂巖，致密、堅硬，巖石堅固系數一般在8-10之間，特征為灰黑色，層理較發育，含雜亂的細小植物化石。

二、存在問題

3X73工作面原設計走向為1426m，傾斜長度為179.6m，現工作面已回采至風道1252 m，運道1315m，由于運道直接頂和老頂都為粉砂巖，且結構致密、堅硬，往往造成運道采空區不能及時落板，造成采空區懸頂面積較大，給在此區域前方工作的員工帶來了較大的安全隱患，同時，也存在瓦斯和自然發火方面的隱患。

三、預裂頂板基本原則及方案設計

3.1 預裂頂板基本原則

首先，我們以破壞頂板的完整性為前提，根據直接頂、老頂的厚度及巖性特點，設計頂板預裂方案。在3X73運道（工作面以外）超前支架頂部打單排眼，采用中深孔預裂爆破技術，提前對頂板進行預裂，采過后使頂板及時冒落并充填采空區，并對上履巖層起支撐或墊層作用，達到采空區隨采隨落的目的;從而減弱頂板垮落的沖擊強度，減少老塘有害氣體積存空間，從而消除因頂板突然大面積垮落而產生沖擊氣流的可能性，預防瓦斯被壓出和沖擊氣流傷人的事故。

3.2 3X73工作面頂板預裂方案設計

3X73工作面運道采用錨桿、錨索和金屬網聯合支護，在回采過程中，提前將支架頂梁處的錨桿、錨索的托盤全部解下，以減弱錨桿、錨索對頂板的懸吊作用。

（1）確定炮眼的排距。根據工作面直接頂和老頂的周期來壓步距，確定炮眼排距，根據回采時的觀測數據，直接頂的初次、周期來壓步距為0-3m，老頂的初次、周期來壓步距分別為15-20m和8-12m，根據以上數據，我們預裂直接頂時排距選擇3m，預裂老頂時，排距選擇10m。

（2）炮眼深度的確定。根據直接頂和老頂的平均厚度，我們選擇預裂直接頂時，炮眼深度在2.0-2.5m之間，預裂老頂時，炮眼深度在2.0-3.0m之間。

（3）裝藥量的確定。通過借鑒其它煤礦的相關施工經驗，我們初步確定每孔裝藥量約為炮眼深度的1/3，但最多不等超過900g，根據現場爆破效果和毛窩落板情況，裝藥量由低到高進行試驗，找到最合理的裝藥量后，按此數量進行裝藥、起爆。

（4）炮眼角度。為了更好的控制頂板，每排炮眼的孔底都落在超前支架可支護的范圍，炮眼與頂板的夾角為80-85度（根據爆破效果可適當做調整。）

（5）裝藥方式。為了保證爆破安全，提高爆破效果，根據巖石性質，我們采取正向裝藥結構。

（6）起爆順序。采用同一種段別的電雷管，起爆順序為同時。

3.3 施工方法

3X73運道炮眼由綜一區采用巖石電鉆施工，炮眼直徑在35-42mm之間。采用毫秒延期電雷管和三級煤礦許用乳化炸藥，用發爆器電力起爆，連線方式為串聯，起爆順序為同時。藥卷外部用粘土炮泥和水炮泥封實填滿。炮眼施工、炮泥和水泡泥等充填材料由綜一區提前準備，起爆后爆破工對每個炮眼逐孔進行檢驗，做好相關數據的記錄。

3.4爆破效果及經驗總結

爆破效果：通過實踐，3X73綜采工作面運道采用中深孔預裂爆破技術，即對運道（工作面以外）超前支架上方的頂板進行預裂爆破，從現場看，爆破效果較好，超前支架上方的頂板產生了裂隙，同時部分地點直接頂和老頂出現離層現象，工作面推進后，運道老塘側的頂板隨之自然垮落，基本與工作面推進速度同步，達到了預期的目的。

總結中深孔預裂爆破技術的經驗：

（1）根據直接頂、老頂的初次、周期來壓步距，確定炮眼的排距切實可行，頂板在周期來壓地點提前產生裂隙，與周期來壓應力產生疊加，使預裂的頂板到老塘側時順利自然垮落，充填采空區。

（2）根據直接頂、老頂巖性和厚度，確定炮眼深度，有利于使頂板產生裂隙、直接頂與老頂離層。

（3）通過爆破，使頂板的完整性遭到破壞，減弱了錨桿和錨索的懸吊作用，使預裂的頂板到老塘側時順利垮落。

（4）使用毫秒延期電雷管和三級煤礦許用乳化炸藥進行爆破，保證了爆破的安全性，減少了拒爆、殘爆等現象的發生。

（5）設計炮眼時我們對終孔位置進行了充分考慮，將終孔位置落在超前支架上方，使預裂的頂板得到有效的支護，保證了人員和機電設備的安全。

（6）通過嚴格的現場安全管理，杜絕了違章放炮，保證了爆破質量，消除了安全隱患，確保了安全生產。

總之，3X73工作面在回采過程中，我們通過對運道超前支架上方的頂板進行中深孔預裂爆破，確實取得了較好的效果，消除了采空區不落板的諸多安全隱患，解決了困擾安全生產的實際問題，積累了寶貴的經驗，此做法還可以在的工作面投入生產前或回采過程中遇頂板堅硬難以垮落等條件下進行應用，推廣該技術的應用價值。

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