巨厚煤層爆破切頂初采初放技術應用研究

王 帥

（陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽 713600）

1 工程概況

陜西彬長胡家河礦業有限公司401106 工作面為401 盤區第6 個工作面，工作面走向長度1747 m，傾向長度200 m，可采長度1492 m（平距），采用長壁分層綜合機械化放頂煤開采，全部垮落法管理頂板。工作面北側為401105 綜放工作面（已采），間隔35 m 保護煤柱，南側為DF5 斷層保護煤柱，西側為401 盤區三條盤區大巷保護煤柱，東側為河流沖刷區域。工作面開采4 號煤層，賦存穩定，厚度12.8～27 m，平均厚度約23 m，總體趨勢從西南側向北東側逐步變薄，最薄處為B3 鉆孔附近，上分層平均可采厚度約15.2 m。煤層底板埋深592～810 m，總體趨勢從工作面西側向切眼逐漸增大，工作面中間區域向兩順槽逐漸增大。為確保401106 工作面在初采初放及正?；夭善陂g切眼頂板和兩順槽上下隅角及時垮落，需在工作面初采前和推采期間分別對切眼及兩順槽實施切頂爆破對頂板進行松動處理。

2 爆破切頂施工方案設計

2.1 工作面切眼切頂爆破

初采前，將工作面液壓支架及前刮板輸送機調整成直線后，在工作面架間前梁處施工炮眼，進行裝藥爆破，切頂炮放完后，工作面進行初采割煤作業。401106 工作面40#架至116#架在每架架前梁架間隙中布置單炮眼，炮眼深度為10 m，炮眼與垂直方向呈10°夾角偏向采空區側布置，施工至116#架最外側，共計施工77 個；機頭端頭架及超前架段不施工爆破孔；距機尾116#架3 m 處，前溜機尾處施工炮眼，炮眼深度10 m，間距1.5 m，上隅角共計布置12 個孔，總計共施工89 個炮眼。401106回風巷側頂煤較薄，必須保證鉆孔施工至巖層內1 m。鉆孔布置如圖1。炸藥采用Φ32 mm×200 g 煤礦許用三級乳化炸藥，雷管采用毫秒延期電雷管。施工機具：MQT-120/2.8 氣動錨桿鉆機。封孔方式：采用黃泥進行封孔。爆破方式為一次裝藥，一次起爆。

圖1 切眼頂板爆破鉆孔布置示意圖（mm）

2.2 兩順槽切頂爆破

工作面切眼爆破完成后，工作面正常推采期間開始施工兩順槽切頂爆破孔。具體方案如下：鉆孔布置于401106 工作面運輸巷超前架、回風巷防沖超前架外側及副幫側。布置方式：鉆孔共分為A 組孔與B 組孔，其中A 組孔每組3 個，孔間距1 m，孔深為7 m，與垂直方向呈15°夾角向副幫側傾斜，距副幫500 mm；B 組孔每組5 個，孔間距1.35 m，孔深為7 m，與垂直方向呈15°夾角向采空區方向傾斜，正幫及副幫側孔分別距幫100 mm。A 組孔與B 組孔間距為1 m，孔徑均為42 mm。401106 回風巷側頂煤較薄，必須保證鉆孔施工至巖層內1 m。鉆孔布置如圖2。

圖2 兩順槽切頂鉆孔布置

圖3 微震能量、頻次分布圖

3 工作面初次來壓監測分析

3.1 頂板垮落情況

401106 工作面初采前期準備到位后，4 月26日—4 月28 日，工作面重載調試。5 月2 日零點班開始割煤生產，每天按不超過4 刀組織生產。工作面在初采推進7.2 m后頂板中部頂煤開始局部冒落，冒落高度在2 m 以下；工作面推進8.8 m 時，工作面33#～109#頂板垮落；推采18.4 m 時，除上下隅角頂煤未冒落外，2#～114#架后頂煤全部垮落，充滿采空區。初采初放期間采空區的頂板垮落時，對工作面支架未造成損害。本次初采初放工作，401106 工作面于5 月20 日進入初次來壓階段，5 月22 日來壓強度有所降低，持續至5 月24 日初次來壓結束，結束里程63.4 m（運輸巷61.8 m、回風巷65 m）。401106 工作面初采步距為46.4 m，初次來壓持續距離16.2 m，經驗范圍為47.2～63.4 m。

3.2 微震數據分析

401106 工作面內共布置4 個微震探頭、2 個拾震器、1 個ARP2018 型地面微震探頭[1-2]，共同對工作面初采初放期間微震事件進行監測。

401106 工作面回采以來，通過對微震監測系統能量、頻次進行分析可知：5 月17 日能量和頻次均有所上升，能量由5 月16 日的3.8×104J 升高到5月17 日的6.4×104J，升高168.4%，頻次由11 次升高至39 次，升高354.5%，且井下現場“煤炮”頻繁；直至5 月20 日微震能量和頻次居高不下，工作面開始進入能量釋放階段，開始出現初次來壓的前兆信息；5 月22 日微震能量及頻次有所下降，來壓強度減弱；5 月24 日后微震能量及頻次低于來壓前正常生產水平。

3.3 支架工作阻力數據分析

401106 工作面從4#支架開始每5 臺支架安裝1臺支架工作阻力監測壓力分機，共計安裝23 臺[3-4]。通過對29#、59#、89#支架阻力監測曲線進行分析，詳見圖4，發現5 月20 日（回采里程46.4 m）開始29#～49#支架工作阻力上升，并始終保持在6000 kN以 上（5 月20 日 上 午7：43～21：03），5 月20 日21：03 至5 月21 日開始59#～89#支架工作阻力上升，并始終保持在8000 kN 以上，直至5 月24 日06：00整59#支架下降至6000 kN 左右。由此分析可知，工作面于5 月20 日開始進入初次來壓階段，401106 工作面初次來壓范圍為中部（29#液壓支架至89#架范圍），5月24日支架工作阻力開始下降至6000 kN左右，現場煤炮減少、壓力降低，表明工作面初次來壓結束。初次來壓期間液壓支架工作狀態良好，均未超出其額定工作阻力1000 kN。

圖4 液壓支架工作阻力曲線圖

4 結語

為確保401106 工作面在初采初放及正常回采期間切眼頂板和兩順槽上下隅角及時垮落，在工作面初采前和推采期間分別對切眼及兩順槽實施切頂爆破對頂板進行松動處理。結合工作面具體工程地質條件設計詳細的切頂爆破方案，工作面實際生產期間通過現場調研、微震監測、液壓支架載荷監測研究表明，401106 工作面初采步距為46.4 m，初次來壓持續距離16.2 m，液壓支架工作面狀態良好，未出現超出其額定工作阻力的現象，除上下隅角頂煤未冒落外，2#～114#架后頂煤全部垮落，充滿采空區。