郭莊煤礦3317 工作面初采頂板管理技術(shù)研究與應(yīng)用

劉 冬

（山西潞安郭莊煤業(yè)，山西 長(zhǎng)治 046000）

潞安郭莊煤業(yè)3317 工作面位于三采區(qū)南部，東側(cè)為3316 采空區(qū)，南、西側(cè)均為實(shí)體煤，北為三采區(qū)采區(qū)巷道。工作面初采期間，根據(jù)煤層頂?shù)装鍘r層情況以及開采條件，對(duì)頂板巖層實(shí)施頂板預(yù)裂技術(shù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)展裂縫以及工作面初采時(shí)頂板的垮落情況[1]，驗(yàn)證頂板預(yù)裂技術(shù)在3317 工作面初采頂板管理中的效果。

1 地質(zhì)概況

3317 工作面走向長(zhǎng)度為363 m，可開采長(zhǎng)度為303 m，切眼水平長(zhǎng)度為220 m，煤層均厚6.02 m，采高為3.1 m，放頂煤厚度為2.92 m[2]。工作面頂?shù)装宓膸r性見表1。

表1 3317 工作面頂?shù)装鍘r性

2 頂板預(yù)裂方案設(shè)計(jì)

2.1 頂板預(yù)裂鉆孔布置

在3317 工作面初采推進(jìn)三刀后，進(jìn)行頂板預(yù)裂施工，工作面共布置26 個(gè)爆破孔，其中切眼20 個(gè)，軌順3 個(gè)，皮順3 個(gè)。

切眼內(nèi)共布置20 個(gè)預(yù)裂孔，預(yù)裂孔距切眼老空幫1.5 m 處平行切眼布置，預(yù)裂孔從皮順往軌順依次編號(hào)布置共分為3 組。第一組第一個(gè)預(yù)裂爆破孔布置在距皮順回采幫20 m 處，爆破孔編號(hào)1#～5#，爆破孔仰角均為58°，爆破孔間距為8 m；第二組預(yù)裂爆破孔距第一組預(yù)裂爆破孔為24 m，爆破孔編號(hào)6#～11#，爆破孔仰角均為49°，爆破孔間距為8 m；第三組預(yù)裂爆破孔距第二組預(yù)裂爆破孔為24 m，爆破孔編號(hào)12#～20#，爆破孔仰角均為49°，爆破孔間距為8 m。

軌順爆破中施工軌1、軌2、軌3 爆破孔3 個(gè)，其中，軌1、軌2、軌3 孔口距軌順外幫2.5 m，與切眼回采幫分別相距6.5 m、11.5 m、16.5 m，爆破孔軸線方向平行于軌順軸線方向，呈60°仰角。皮順爆破中施工皮1、皮2、皮3 爆破孔3 個(gè)，其中，皮1、皮2、皮3 孔口距皮順外幫2 m，與切眼回采幫分別相距6.5 m、11.5 m、16.5 m，爆破孔的軸線方向平行于皮順軸線方向，呈60°仰角。

2.2 頂板預(yù)裂裝藥工藝

炮眼裝藥采用非耦合方式，引爆使用雙電雷管和雙導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索采用電雷管起爆，整體采用分組裝藥，分次爆破[3]。

圖1 起爆藥卷示意圖

圖2 炮棍示意圖

裝藥施工采用一次裝藥、分次爆破方式，炮眼進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掛牌，裝藥爆破從軌順→切眼→皮順按順序進(jìn)行，炮聯(lián)線采用“總體串聯(lián)，局部并聯(lián)”的方式進(jìn)行，具體分次如下：

第 一 次：軌1#、軌2#、軌3#、切20#、19#、18#、17#、16#、15#；第 二 次：切14#、13#、12#、11#、10#、9#、8#、7#、6#；第三次：切5#、4#、3#、2#、1#、皮3#、皮2#、皮1#。

（1）搭設(shè)工作平臺(tái)。用兩個(gè)高1.4 m 的四腿鐵凳和兩塊木板，木板用雙股鉛絲綁住，確保搭設(shè)的工作臺(tái)穩(wěn)固牢靠，示意圖如圖3。

圖3 工作臺(tái)搭設(shè)圖

（2）施工人員將預(yù)裂孔內(nèi)的封孔裝置拆除。

（3）在第一卷引藥被裝入前，先在藥卷內(nèi)塞入導(dǎo)爆索，并用膠帶包裹好。伸入藥卷的導(dǎo)爆索長(zhǎng)度要在200 mm 以上，然后用Φ30 mm×1000 mm套接的炮棍把藥卷送入爆破孔最里端。按要求依次將剩余的藥卷都裝入，再把準(zhǔn)備好的炮泥用炮棍裝入爆破孔。炮泥裝滿爆破孔但不壓實(shí)，一次推小于5 節(jié)的炮泥，用黃泥充填密實(shí)。在封堵炮泥時(shí)注意不要損傷導(dǎo)爆索。

（4）根據(jù)爆破孔的裝藥量，將所需的炸藥用炮棍直接裝入孔內(nèi)。根據(jù)爆破孔的長(zhǎng)度和封泥的長(zhǎng)度來確定導(dǎo)爆索的長(zhǎng)度，禁止沖擊擠壓導(dǎo)爆索，只能用快刀進(jìn)行切割。

（5）封孔分兩次進(jìn)行，第一次在距離孔口1 m時(shí)進(jìn)行封孔，第二次將電雷管和導(dǎo)爆索綁緊塞入孔中后進(jìn)行封孔。先用水炮泥封孔0.2 m，再用黃泥封孔，直到完全密封并搗實(shí)為止，最后將外露的電雷管腳線短路。禁止電雷管與導(dǎo)爆索露出地面。

（6）炮眼裝藥采用非耦合方式，引爆使用雙電雷管和雙導(dǎo)爆索，電雷管采用正向裝藥，在孔外采用串聯(lián)，孔內(nèi)并聯(lián)連接的方式。

2.3 頂板預(yù)裂爆破工藝

在進(jìn)行爆破施工前，要先清洗整個(gè)工作面以及系統(tǒng)內(nèi)的浮煤。裝藥前對(duì)爆破地的瓦斯及粉塵濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到要求后方可進(jìn)行爆破[4]。由于炮眼內(nèi)的藥量比較大，因此在距離爆破點(diǎn)300 m 外進(jìn)行爆破。每次爆破分兩組進(jìn)行，炮眼采用延時(shí)起爆，設(shè)置兩個(gè)爆破段，每個(gè)爆破段延時(shí)25 ms，率先起爆兩端的炮眼，最后起爆中間的炮眼。

3 應(yīng)用效果

在3317 工作面初采期間實(shí)施頂板預(yù)裂技術(shù)，采用巖石窺視儀，對(duì)預(yù)裂前后巖石的破壞情況進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果如圖4。

圖4 頂板預(yù)裂前后鉆孔巖層破壞情況

從圖4 可以看出，在實(shí)施頂板預(yù)裂技術(shù)前，頂板巖層的結(jié)構(gòu)比較完整；在實(shí)施頂板預(yù)裂技術(shù)后，巖層的孔壁出現(xiàn)多條裂縫，并向四周擴(kuò)散，巖層的完整性受到破壞。在工作面開采動(dòng)壓的影響下，頂板會(huì)提前垮落，縮短初次來壓步距。對(duì)3317 工作面回采期間頂板自然垮落和頂板預(yù)裂的礦壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工作面初次來壓對(duì)比情況見表2。

表2 工作面初次來壓情況對(duì)比

從表2 可以看出，使用頂板預(yù)裂技術(shù)后，工作面初次來壓步距從35.1 m 降低到22.5 m，來壓強(qiáng)度明顯降低，工作阻力從3069 kN 降低到2871 kN，可見頂板預(yù)裂的效果明顯，可以使頂板提前垮落，減少初采期間的頂板懸頂面積，減少來壓對(duì)工作面的影響。

4 結(jié)論

針對(duì)郭莊煤礦3317 工作面來壓步距大、頂板懸空面積大等問題，采用頂板預(yù)裂技術(shù)進(jìn)行初采頂板管理，設(shè)計(jì)頂板預(yù)裂方案，結(jié)果如下：

（1）對(duì)預(yù)裂鉆孔、裝藥和爆破工藝進(jìn)行分析，在工作面上共布置26 個(gè)爆破孔，炮眼裝藥采用非耦合方式，引爆使用雙電雷管和雙導(dǎo)爆索，在距離爆破點(diǎn)300 m 外分兩組進(jìn)行爆破。

（2）采用頂板預(yù)裂技術(shù)后，工作面初次來壓步距從35.1 m 降低到22.5 m，工作阻力從3069 kN降低到2871 kN，可見頂板預(yù)裂的效果明顯，可以使頂板提前垮落，減少初采期間的頂板懸頂面積，減少來壓對(duì)工作面的影響。