工作面初采深孔爆破切頂技術應用

常 凱

（山西焦煤西山煤電集團公司官地礦，山西 太原 030022）

綜采工作面兩端頭采空區頂板管理一直是綜采工作面頂板管理的難題，經常有頂板垮落不及時現象，造成空頂面積大、瓦斯積聚、礦山應力集中導致頂板大面積冒落產生暴風與沖擊壓力，破壞力強，危害極大，給綜采工作面安全生產帶來隱患[1]。為了防止頂板突然垮落造成工作面的安全事故，降低工作面初次來壓對工作面的影響。因此，提出了深孔爆破切頂技術。此項技術的關鍵位爆破參數的選取，對工作面的圍巖穩定有著決定性影響[2]。

目前許多研究學者針對工作面切頂卸壓關鍵參數設計進行了研究，陳上元建立了聚能爆破力學模型，通過力學分析、數值模擬和現場試驗確定了具體參數[3]。謝小平針對傾斜薄煤層工作面具體環境，確定了切頂卸壓爆破技術參數[4]；馬新根提出了復合頂板切頂爆破設計的系統化流程，確定了切頂爆破關鍵參數[5]。為保證官地煤礦22613工作面切頂卸壓技術的成功應用，需針對具體爆破參數進行研究。

1 工作面概況

官地煤礦1960年建礦，經過多次擴建成為大型國有礦井，核定生產能力為5 Mt/a。官地煤礦22613工作面屬2#煤層，煤層平均厚度為2.4 m，傾角為5°。工作面大多呈長方形布置，工作面回采方向垂直南大巷，由東南至西北方向進行掘進回采，回采工作面寬度160 m，長度介于420 m之間。巷道采用矩形斷面，沿煤層底板掘進，頂底板巖性見表1。

表1 頂底板巖性情況

22613綜采工作面地質構造復雜，斷層、陷落柱較多；采區上部覆蓋煤柱較多。遇構造，放炮后震動造成頂板漏頂；兩端頭懸頂大后，控頂困難；支架（單體）初撐力不足，周期來壓壓出采空高濃度瓦斯，易發生瓦斯事故等問題。為了防止頂板突然垮落造成工作面的安全事故，降低工作面初次來壓對工作面的影響，防止瓦斯在初次來壓時突然涌出，且進一步提高工作面煤炭資源回收率，官地礦在22613工作面進行了初采深孔爆破強制放頂技術研究。

2 聚能爆破切頂技術參數確定

2.1 炮孔位置確定

（1）主炮孔

根據官地礦22613工作面上覆頂板巖層的具體位置，結合相似工作面的工程經驗，采用23 m深的炮孔可以達到強制放頂的效果。在工作面切眼處布置兩排炮孔用于強制切頂。為了擴大炮孔爆破范圍，炮孔均在孔底呈倒“八”字，在孔口處呈現“三花眼”布置，兩組炮孔A組炮孔與切眼軸向平行布置，B組炮孔相對于切眼軸向斜向布置，見圖1。

圖1 炮孔布置

A組炮孔內紅色范圍內進行裝藥，藍色范圍內進行封孔，為了施工方面，A組炮孔斜向上60°進行施工。A組炮孔沿著工作面切眼頂板直線型布置，共布置18個炮孔，每隔10 m布置一個炮孔，見圖2。

圖2 切眼A組炮孔平面、剖面

圖3 切眼B組炮孔平面、剖面

B組炮孔每隔10 m布置一個，共布置18個炮孔。炮孔沿著工作面支架掩護梁上方的頂板巖層處直線型布置。B組炮孔布置時保證炮孔與支架切頂線的距離大于0.5 m，B組炮孔斜向上60°進行施工，水平向上傾斜45°進行施工。并保證B組炮孔與A組炮孔距離1 m左右。見圖3，紅色為裝藥段，藍色為封泥段。

（2）輔助炮孔

為了保證22613工作面初采時切眼處頂板巖層能夠順利的垮落，在A、B兩組炮孔基礎上，在增加一組輔助炮孔—C組炮孔，炮孔布置于切眼前方10 m的上下端頭巷道中，共6個炮孔，見圖4。

圖4 C組炮孔平面、剖面

2.2 炮孔直徑確定

采用深孔爆破強制切頂技術時，炮孔直徑一般為60～120 mm。當炮孔直徑較大時，在進行爆破時容易發生沖孔現象，且炮孔封泥較為困難；由于爆破影響范圍與炮孔直徑成正比，當炮孔直徑較小時，容易造成炮孔爆破范圍較小，影響切頂效果，且炮孔裝藥時較為困難。由于管道熄爆效應明顯的間隙范圍是炮孔裝藥直徑的0.15～3倍大小，且在1.2倍時爆破效果最優。因此，本次工作面深孔爆破采用直徑為75 mm的炸藥和直徑為90 mm的炮孔。

2.3 炮孔間距

炸藥爆破后分別形成：壓碎區、擴腔區、裂隙區，見圖5。而炮孔的間排距與炸藥形成的區域尺寸有著重要的關系。

圖5 炮孔爆破后各區分布

由官地礦22613工作面采用的3號乳化炸藥參數和工作面頂板巖層的具體力學參數，可以計算出當炮孔炸藥爆破后，壓碎區的直徑大約為618 mm，裂隙區的直徑大約為4229 mm。因此可以得到，爆破炮孔間距小于4229 mm即可。由于22613工作面采用雙排炮孔進行頂板預裂，根據相似工作面工程經驗，A、B兩組主炮孔采用1 m排距、10 m間距布置，C組輔助炮孔采用0.5 m間距布置。

2.4 封孔長度

采取合理的封孔長度，不但可以保證不產生拋擲漏斗，而且可以保證炮孔爆破時封孔段圍巖也可以裂開。根據相似工作面深孔爆破工程經驗可知，封孔長度需要大于等于4.2 m。因此A、B兩組炮孔封孔長度確定為5 m，由于C組炮孔位于巷道內部，為了保證巷道圍巖的安全穩定，C組炮孔封孔長度確定為8 m。

官地礦22613工作面炮孔參數見表2和表3。

炮孔每米裝藥重量為1 kg，主炮孔每炮孔裝藥重量1×18=18 kg，A、B兩組總計36個炮孔，總量=1×18×36=648 kg；C組輔助炮孔共計6個，裝藥長度不等，總計（18+22+42）×2=164 m，總量=164×1=164 kg。

3 應用效果

1）解決了工作面兩端頭孔頂強化了工作面兩端頭空頂面積大的問題。22613工作面初采深孔爆破切頂技術采取大小循環作業，頂板條件好，布置打深孔眼；頂板破碎，布置中淺孔；為實現放炮良好效果，運用低高位分段爆破，利用自由面，達到目標放炮效果，解決工作面兩端頭空頂面積大的問題。

表2 主炮孔參數

表3 輔助炮孔參數

2）安全保障有了提高。不僅減輕了工人勞動強度，而且還為安全工作奠定了一定的基礎，在復雜得地質條件下，使職工的人身安全得到了保障，為礦區穩定和社會的和諧發展起到積極的作用。

3）創造了經濟效益。每天多出煤200 t，（煤價按300元/噸）300×200×365=2190萬；設備及材料消耗相比減少：70萬；節約人力資源費用：30萬。

4 結語

針對官地煤礦22613工作面采空區頂板懸空較大、控制困難等問題，采用理論分析和工程經驗確定了采用3組炮孔針對頂板進行爆破切頂：A組炮孔沿切眼頂板直線形布置，共18個炮孔；B組炮孔布置于支架掩護梁上方的頂板巖層處，孔口呈直線形布置，共18個炮孔；C組炮孔布置于上下端頭巷道里向后上方，共6個炮孔。并具體確定了各組炮孔具體各項參數。最后在22613工作面得到了實踐應用，不但保證了工作面的安全生產，且創造了可觀的經濟效益。