強制爆破放頂在一次采全高綜采面初壓控制的應用

胡堅強

（山西汾西礦業兩渡煤業有限責任公司）

在大型煤礦生產中頂板事故頻發，造成后果嚴重。特別是當頂板巖性堅硬、整體性好、難以自由垮落的情況下，工作面在初采時極易發生頂板事故。綜采工作面頂板采用自然垮落法管理，當頂板堅硬難冒落時，伴隨回采進程的發展，采空區懸露的頂板越來越大，當其自身抗變形能力無法承擔上部圍巖壓力時，將大面積突然冒落，形成巨大的沖擊波和頂板壓力，造成工作面的人員、設備受損；有時會造成瓦斯急劇涌出，遇到爆破高溫熱源導致瓦斯爆炸。兩渡煤礦10#煤層老頂厚度為2.55～10.75 m，屬于冒落性差的致密石灰巖，在初采期間必須施行強制放頂手段，形成采空區懸臂構件，從而降低初次來壓步距，以避免頂板初次冒落對作業面回采造成的不利干擾。

1 工程概況

兩渡煤礦二采區位于崔家溝井田，可采煤層為9#、10#煤層。9#煤層賦存于太原組下段K2 灰巖的下面，屬于穩定可采煤層，平均厚度1.21 m。10#煤層頂板即為9#煤層底板，厚度為0.75～1.9 m，為軟弱、不穩定的復合層。10#煤結構較為復雜，煤層厚度為3.65 m，含2 層不穩定夾矸。采區瓦斯相對涌出量為4.716 m3/t，為低瓦斯區。9#煤層直接頂為石灰巖，質地堅實，含動物化石，裂隙溶洞水，硬度系數f≈12，與煤層未緊密貼合，較難冒落，厚度為2.55～10.75 m，平均厚度為7.15 m左右，為塑性Ⅰ級頂板。煤層綜合柱狀圖見圖1。現開采的21008 工作面順槽長2 150 m，切眼長180 m，地質條件簡單，水文地質情況為中等，無陷落柱和巖漿侵蝕，布置有120架ZY6000/30/42型液壓支架，在一次采全高綜采采煤工藝中使用強制爆破放頂，全部冒落法管理頂板。

2 強制放頂方案

2.1 強制放頂基本原則

（1）主動破壞采空區頂板的整體性，防止其懸露時間過長，減小初次來壓時頂板的垮落程度。

（2）根據地質條件，制定放頂技術措施［1］。

（3）強化監測工作，掌握礦壓顯現規律，更好地管理頂板；人工放頂的數量有一定要求，盡量將采空區填滿，這樣對上部巖層會有一個支護和緩沖的作用，減小了沖擊強度。并且，要對老頂進行處理，使上覆巖層分步、分階段盡早垮落，避免一次垮落造成巨大的沖擊壓力而引發事故。

2.2 切眼強制放頂方案概述

針對兩渡煤礦21008 工作面致密堅硬的灰巖頂板，需根據工作面上覆巖層巖性和直接頂、基本頂的厚度設計具體的深孔爆破參數。在回采工作面安裝設備前先施工爆破鉆孔，在推進4 個循環后起爆放頂，形成懸臂梁，降低初始來壓的步距和圍巖壓力。

2.3 爆破參數的確定［2］

（1）炮孔直徑。根據周圍礦井預裂爆破經驗，炮孔直徑越大，爆破范圍就越大；爆破試驗藥包規格為φ75 mm×400 mm，因此炮孔直徑確定為90 mm。

（2）放頂深度h。根據如下的經驗公式計算爆破產生有效放頂深度

式中，M為采高，取4m；KP為巖石體積膨脹系數，取1.1；計算得出h=6.15 m。

（3）炮眼深度L=h/cosα，其中h為爆破深度，m；α為炮眼傾角，按經驗選取α=30°，計算得L=7.10 m。

（4）炮孔間距L0。炮孔間距與炸藥種類、藥量以及巖石性質有關。目前爆破裂隙圈半徑計算公式較多、計算復雜，根據本礦經驗取9.0 m。

（5）炮眼布置。在距離切眼中心線2 m 處靠近保護煤柱側，呈直線分布，鉆孔間距為9 m；施工23個炮孔。根據巖性，炮眼長度為6.0～12.0 m，平均長度為7.10 m，垂深6.15 m，孔徑90 mm，傾角30°，以180 m切眼對稱分布在中心線兩側，炮眼中心線到切眼中心線距離a=1.6 m。炮眼布置如圖2所示。

（6）爆破材料。爆破炸藥采用煤礦安全許用炸藥，煤礦許用毫秒延期電雷管起爆，采用串并聯方式，裝藥系數為0.65～0.85。起爆方式采用延期雷管導爆索起爆。

2.4 施工工藝方法

21008 工作面致密堅硬的灰巖頂板初采的預裂爆破工藝為定位鉆位→鉆孔、清孔→制作炸藥筒→裝藥并封孔→警戒隔離、撤人→聯線起爆→檢查盲炮、解除警戒，其中關鍵工序作業要點如下［3-5］。

（1）制作炸藥筒。用雙股導爆索將2 m 長的PVC管穿在一起，用鐵絲穿過小孔擰綁住導爆索的一頭，另一頭從鋸開小口穿出來，將這幾根PVC 管對折對齊后捆綁在一起。剩余導爆索盤起來也與PVC 管捆綁在一起。

（2）裝藥。工作面推進4 個循環后即可裝藥，裝藥前敲幫問頂，檢查頂板及兩幫，確保安全。裝藥前確保炮眼干凈，裝藥時用木制炮棍將上述PVC 管推入炮眼，作業中必須確保導爆索和藥包完好，嚴禁硬推、強擠藥包，而且將藥包推至規定位置，裝填密實。裝藥組跟班技術員記錄裝藥數量。手工填封泥長度不小于1.5 m。把藥包、導爆索裝進PVC管內，管間用管箍固定。裝藥結構見圖3。

（3）警戒、撤人。在放炮區域劃定警戒線，除爆破員外，所有人員撤到警戒線意外，躲在安全硐室等待起爆。

（4）起爆。工作面液壓支架確保初撐力，炸藥裝好后，從新鮮風流到乏風順序聯線；執行“一炮三檢”制度。爆破員在確保安全前提下，使用BF-300 型起爆器起爆，各組爆破鉆孔分組裝藥、分次爆破，每次起爆2～3個炮孔。

3 礦壓觀測

3.1 測站布置

在工作面初采階段，礦壓觀測主要內容為老頂初次來壓步距及周期來壓步距和工作面液壓支架阻力。利用液壓支架自帶的YHY60型礦用數字壓力計檢測工作面液壓支架阻力，每5 架液壓支架設置1 個觀測點，利用礦井礦壓監測系統連續、自動化地觀測初采之后的5個周期來壓，各個生產環節及各種工況對頂板圍巖變化進行觀測和管理。

3.2 數據分析

在工作面基本頂初次來壓由原來的30 m 變為16 m，降低了懸挑長度；預裂爆破前，工作面測站頂板單位面積載荷為35.0 MPa，預裂爆破后，工作面測站頂板單位面積載荷為27.0 MPa，減弱了基本頂初次來壓沖擊。初次來壓以后，工作面煤壁片幫減少，每隔8～9 m 周期來壓1 次。工作面測站45#、50#、55#、60#液壓支架單位面積載荷隨工作面推進變化曲線如圖4所示。

4 結 論

兩渡煤礦10#煤層21008 綜采工作面堅硬頂板采取深孔爆破措施進行強制放頂，采用合適的爆破參數，實施正確的爆破工藝，有效降低堅硬頂板初次來壓步距和支架載荷。該方法解決了頂板懸露時間過長、來壓沖擊力大的問題，防止初次來壓沖擊波對工作面人員的傷害、設備破壞；爆破沖擊可降低9#與10#煤之間的夾矸強度，提高割煤效率；爆破切頂可降低工作面前方的圍巖應力集中，減少片幫和巷道支護成本。