聚能爆破切頂卸壓技術在回采工作面的應用研究

賈斌

山東方大工程有限責任公司 山東淄博 255150

聚能爆破切頂卸壓是巷道支護技術的一項重大改革。實踐證明，采用切頂卸壓技術可帶來明顯的經濟和社會效益，該技術已在很多礦井應用成功，具有減少巷道維修量、降低掘進率及生產成本的優點，為未來礦井發展所需的重要技術。

1 聚能爆破切頂卸壓原理

隨著煤層采深的加大，礦壓顯現隨之加重，采用寬煤柱護巷，巷道處于壓力集中區，不利于巷道的維護和穩定，而采用小煤柱又經常被應力集中壓酥，巷道圍巖位移變大。采用聚能定向爆破對頂板進行切斷、卸壓，改善巷道所處的應力環境，使巷道處于應力卸載區，有利于巷道的維護。制定巷道應力集中卸壓治理技術方案，按不同炸藥量、不同位置爆破進行數值模擬，給出聚能定向爆破卸壓的合理爆破參數。煤柱寬度留設過小，受二次采動影響時，巷道斷面收縮過大，影響工作面安全開采[1]。因此，合理煤柱寬度的確定一直是采礦工程研究的重點和難點。煤柱寬度受采深、采高、煤厚及煤巖力學參數等諸多因素的影響，同時還與基本頂斷裂結構關系密切。根據基本頂不同斷裂位置，沿空巷道上覆基本頂斷裂結構時，對煤柱巷道最為不利，而按照斷裂線位置斷裂，則老頂巖塊的壓力能夠得以釋放。

2 聚能爆破切頂卸壓方案

2.1 概況

西山煤電鎮城底礦位于山西古交市西北，井田東西走向6.6km，南北寬2～5km，井田面積17.8km2，礦井設計生產能力190萬t/a。該礦南二下組煤采區軌道下山、760水平東大巷已服務11年，受22602工作面回采影響，巷道多次受壓。巷道變形量大，兩幫變形量達2m，底鼓達1.5m。22602工作面正在回采，受22602工作面動壓影響760南大巷靠近22602工作面段巷道變形嚴重，兩幫擠回，底板鼓起。現正處于維修階段，大巷采用單道運行，影響礦井正常生產秩序。因此，計劃在22602工作面回采及末采期間，于順槽和切眼采用深孔爆破技術對頂板進行切斷，實現卸壓，降低采動應力對主要運輸大巷及采區集中巷道的影響，避免鄰近巷道的變形[2]。

2.2 炮孔位置

煤層上方2m直接頂10m基本頂，只要將該范圍的頂板巖體切斷即可實現對煤柱的卸壓。因此頂板炮孔孔深定為12m（按10°向采空區方向偏斜，則垂直高度約11.8m），炮孔口間距6m，300m巷道試驗段共施工炮孔50個。炮孔可先用鉆機打好，可在炮孔進入超前支護段時裝藥起爆，或者在炮孔孔底到達工作面煤壁處時裝藥起爆。

2.3 炮孔深度設計

炮孔深度與煤層頂板巖性及厚度、煤層厚度、工作面采高及順槽斷面尺寸有密切聯系。炮孔深度是否合適將直接影響到爆破切頂效果、頂板垮落程度及施工工程量。如果斷頂位置不合適，會導致應力拱腳落在采區準備巷道內，反而不利于護巷卸壓。以22602工作面切眼為例，該工作面直接頂為泥灰巖，厚度1.85m；基本頂為中細砂巖，厚度12.00m。煤層平均厚度4.15m，采煤工藝為綜合機械化二次采全高。工作面切眼停采位置距南五下組煤準備巷道最近距離為145m。經數值模擬及現場經驗，頂板不易垮落，設計炮眼深度為35m，仰角45°，方位角38°與切眼垂直。

2.4 聚能爆破施工工藝

（1）打眼。打眼采用CMS1-1200L鉆機，1.0m×Φ50mm合金鉆桿Φ75mm合金鉆頭。鉆孔間距8m，孔深35m，仰角45°，方位角38°。（2）裝藥。切頂卸壓范圍共300m，前150m采用以往的裝藥方式，用Φ65mm鉆頭施工，即先將孔底第二節藥卷與導爆索固定，送入孔底，然后將其他藥卷依次送入炮孔，每節PVC管炸藥2m；后150m采用Φ75mm鉆頭施工，使用聚能切縫炸藥管,每節炸藥長1m，二節連接另節順序裝入炮孔。聚能炸藥管裝藥量稍大些，每米裝藥量約3kg，其金屬槽能夠起到射流作用，破壞巖石范圍更廣，產生的主裂縫方向更為集中。（3）封孔。深孔爆破起爆藥量大，封孔不好將直接導致炮孔口沖孔，造成漏斗狀拋擲，甚至毀壞支護體，造成巷道圍巖垮塌。因此需進行專業的封孔設計，并采用專門的封孔材料制作炮泥，炮泥太軟向孔內填裝時容易卡孔，炮泥太硬會降低其與孔壁的黏結力，需在專業人員指導下進行操作[3]。封孔結束后，等待封孔炮泥充分凝固后進行爆破，保證封孔質量。（4）爆破時間節點。切頂卸壓的爆破時間節點很關鍵，起爆時間太早，巷道頂板預裂后長期暴露容易產生安全隱患，起爆時間太晚影響生產。炮孔的打鉆施工、裝藥、爆破的時間節點，需根據工作面的生產進度，綜合性協調，才能達到效果最好。以22602工作面為例，爆破地點選擇在工作面超前支架范圍內，該段有超前支架支護，利于頂板的支護安全。22602工作面日推進度為4m，炮孔為每2m二個，日安排爆破2個孔。5）遇斷層等復雜地質構造的處理方法。遇大斷層、頂板破碎帶時，若采用切頂卸壓，巷道頂板易失穩。可根據實際情況，采用該段不放炮的方法通過地質構造帶。

3 結語

聚能爆破切頂卸壓技術在鎮城底礦22602工作面的應用，即保護該工作面鄰近巷道，還減少巷道底鼓、幫鼓、噴漿掉皮等變形量過大問題。使用雙向聚能拉張爆破切縫技術，確保切頂線成型，提高其單進水平，減少巷道維修量，體現出顯著的安全與經濟效益。