西銘礦48703 工作面堅硬頂板定向預裂爆破技術研究

李 杰

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

0 引 言

煤礦井下綜采工作面在堅硬頂板賦存的條件下，往往會遇到頂板垮落步距大、落山懸頂面積大等問題，當大面積懸頂頂板突然垮落時會對井下作業人員人身安全和工作面機電設備造成嚴重危害。根據西銘礦8 號煤層開采情況，由于其頂板普遍含一層厚度較大、賦存穩定的石灰巖，在工作面回采過程中經常會出現機尾落山懸頂面積大于2×5 m2的情況，造成來壓步距大、局部瓦斯積聚以及其他潛在安全隱患；因此，為確保在工作面割煤移架后頂板能夠正?？迓?，需要提前對堅硬頂板進行弱化處理。

1 工作面基本情況

西銘礦始建于1956 年，隸屬山焦西山，地處山西省太原市萬柏林區西銘一帶，距市中心約20 km。太佳公路穿過井田，并建有鐵路專線，交通極為便利。井田東西、南北長度分別為16.9、4.2 km，面積56.29 km2。核定產能3.60 Mt/a，屬于高瓦斯，水文地質類型中等。

48703 工作面位于北七采區右翼，北部與隨老母斷層相鄰，間距5～15 m；南部與采區回風巷相鄰；西部與已回采的48705 工作面采空區相鄰；東部為未開采實體煤。其上部有2、3 號煤層采空區,其北部局部上覆巨成礦小窯2 號煤層采空區。8 號煤層與2、3 號煤層的層間距分別為94、67 m。工作面蓋山厚度范圍236～418 m，平均327 m。48703 工作面傾斜長215 m，所采8 號煤層上部夾石厚1.4～2.8 m，平均2.1 m，巖性為頁巖或砂質頁巖；8 號煤上分層厚度0.55～0.65 m，平均0.6 m；下分層煤層厚度2.9～3.1 m，平均3 m；傾角范圍2°～8°，平均5°；煤層硬度2～3。直接頂為厚度0.77～3.79 m，平均厚度3.08 m 石灰巖,頂板完整性好，巖性極為堅硬。

2 定向預裂爆破技術

本次所采用的定向預裂爆破設計是將礦用炸藥安裝到已設好方向的聚能管之中，在聚能管的聚能作用之下，起爆炸藥之后可在未設方向上的炮孔周邊巖體被均勻受壓，并且已設好方向上的巖體也可以在爆破作用下更好地受到拉應力，加之巖體有著不受壓但受拉的顯著特性，因此定向預裂爆破可以使得巖體在爆破之后被拉斷裂。

定向預裂爆破技術具備施工簡便、成型效果好、所需爆破材料少等一系列優點，通過定向爆破所產生的集中拉應力可以使得巖體出現良好的斷裂效果，此外利用聚能管還能起到保護炮孔周邊巖體不受爆破影響的效果；因此，定向預裂爆破技術不僅能夠產生良好預裂爆破效果，還可以保護目前正在使用巷道的整體性和穩定性。

3 定向預裂爆破方案

3.1 炮眼布置

48703 工作面采用一進一回的巷道布置方式，即單軌吊巷和皮帶巷，巷道尺寸均為4.8 m×3.8 m（寬×高）。隨工作面的推進，在2 條回采巷道超前支架外，提前對頂板進行打眼，切巷切頂眼于巷道方向垂直布置，眼深4.0 m，眼距0.6 m，排距2.4 m，向采空區方向與頂板成75°夾角；順巷切頂眼距煤柱幫0.5 m 處打一列與巷道方向平行布置，眼深4.0 m，眼距0.6 m，方向為垂直于頂板打設,炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置示意圖

炮孔打眼采用ZDY3600L 型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機施工，鉆頭φ50 mm。48703 工作面可采走向長874 m，距停采線15 m 范圍和兩巷構造段前后10 m 范圍不進行定向爆破施工，預計皮帶巷、單軌吊巷施工順巷炮眼各1 290 個，共計2 580 個。

3.2 爆破參數

1）裝藥方式：巷道切頂眼進入第3、第4 組超前支架時，進行裝藥放預裂震動炮施工。從孔底聚能管開始裝藥并安設雷管和引線，采用正向裝藥，每眼裝4 卷火藥，裝好藥后，先裝0.1 m 的黃土，后用聚能爆破定向桿調整聚能管切縫方向與巷道方向一致，調整完畢后裝水炮泥，再用黃土封口，封泥長1.0 m。封口時用木炮棍封嚴搗實炮眼。

2）聯線方式：由爆破工親自操作，采用串聯方法聯接，并檢查爆破母線的完好狀況，聯好后要重新檢查一次，確認無誤后，方可放炮。

3）爆破方式：放炮采用串聯起爆，一次裝藥，一次起爆，嚴禁一次裝藥分組放炮。

圖2 所示為炮眼充填示意圖。

圖2 炮眼充填示意圖

4）臨時支護：放炮施工后及時將端頭支架的防片幫護板打出升緊。若爆破后頂板有離層現象采用單體破板梁支護，破板的一端采用DZ-4200 型單體液壓支柱距梁頭0.3 m 處打設，另一端用支架的頂梁和片幫支設。圖3 所示為爆破臨時支護示意圖。

圖3 爆破臨時支護示意圖

4 預裂爆破安全措施

為保證48703 工作面堅硬頂板定向預裂爆破現場施工安全，還需要制定以下幾個方面的安全措施：

1）打眼前必須進行“敲幫問頂”，且打眼人員要站在頂板完好段進行打眼，并在所打眼位置進行拉線，保證所打放頂頂眼成1 條直線。在施工鉆孔下風側5～10 m 處安設瓦斯傳感器，吊掛位置距頂≤300 mm，距側壁200～500 mm，實現瓦斯電閉鎖。施工人員在作業時，發現有頂板掉碴等隱患時，必須處理掉隱患后，方可繼續作業。

2）在固定、移動、安裝鉆機時，鉆機的操作手把必須置于零位并進行機械閉鎖，嚴防事故發生。在鉆機行走過程中，要有專人負責在鉆機行走前方3 m范圍內設置好警戒，嚴禁無關人員通過；在鉆機轉彎過程中，要時刻注意觀察周圍作業環境，避免撞傷作業人員或損壞膠管等零部件。

3）嚴禁在切頂線5 m 范圍內打眼放炮，裝藥前和放炮前后要認真檢查瓦斯濃度，當瓦斯濃度達到0.8 %時不得進行作業。爆破前必須將T0、T1、TCO等各種探頭及其信號線撤到爆破點70 m 外的地方，待放炮完畢后再將其移回。放炮地點的支架及其配套設施必須事先用皮帶、大柱帽等保護好，防止放炮崩壞液壓管路、立柱及操縱閥等，放炮后如發現有損壞的液壓管路、立柱及操縱閥等，必須先進行修復后方可繼續作業。

4）定向爆破施工期間，必須由跟班隊長、工長現場統一指揮，嚴格把關，并保證爆破質量。切頂眼爆破預裂施工結束后，要及時檢查超前段的支護情況，發現支護減弱時必須及時補打好支護后方可開始組織生產，否則嚴禁生產。

5）爆破作業前停止液泵，工作面不得送電；定向預裂爆破必須在超前支護內完成，嚴禁在切頂線附近進行放炮；正副巷放炮嚴禁同時進行。

6）端頭柱、切頂柱與戧棚要升緊升牢采用細鋼絲繩互相連好，達到初撐力，并保證迎山有力。在工作面回采過程中，必須及時將頂幫錨片拆除回收，有利于頂板垮落。

5 工業性試驗

對48703 工作面回采過程當中進行礦壓監測，數據顯示在工作面兩巷實施定向預裂爆破后，頂板周期來壓步距可由實施之前的21 m 左右減少到15 m 左右，此外兩巷在工作面回采期間也未出現明顯變形破壞；因此，通過在48703 工作面實施堅硬頂板定向預裂爆破技術，不僅可以減小工作面頂板來壓步距，還可以保證正在使用回采巷道的圍巖穩定性，從而達到保證工作面安全高效回采的目的，可以推廣到西銘礦其他8 號煤層工作面堅硬頂板條件下的回采工作當中。