綜放面初采強制放頂深孔爆破技術

周東亮

（西山煤電集團公司 官地礦，山西 太原 030022）

大同馬脊梁礦發生一起頂板大面積垮落事故，排風量約59.4萬m3，約20s暴風即噴出井口，使礦井造成了重大損失。暴風氣浪所經之處摧毀工作面及巷道的支架、風門、密閉墻，設備被掀起破壞，甚至使軌道彎曲，礦車翻倒，礦井的通風、運輸系統遭到破壞。

放頂煤工作面初采期間，頂板管理更是安全生產的關鍵。為最大限度地減小初次來壓步距和來壓強度，防止初采大面積懸頂垮落出現颶風、采空區自燃發火、瓦斯集中大量涌出等重大安全隱患，采用深孔爆破技術強制放頂的辦法。

1 工作面概況

西山煤電集團公司官地礦28416工作面以“采9放8”方式回采8#、9#煤層，8#與9#煤層間距0.2～1.5m.28416工作面設計可采走向長1438m，采長198m；8#上煤平均厚度0.56m，8#煤平均厚度3.71 m，9#煤層平均厚度3.02m，8#與9#聯合開采平均厚度7.29m；煤層傾角0～20°；工作面正巷、副巷均采用矩形斷面：凈寬4.2m，凈高3m；切眼采用矩形斷面：凈寬8.5m，凈高3m.

2 頂板裂隙、巖層厚度鉆孔窺視

在28416工作面切眼上方頂板進行了巖層厚度、節理裂隙發育情況的鉆孔窺視。探測地點位置見圖1，在切眼中選取了4處測點，位置分別為A1、A2、A3、A4.采用防爆鉆孔窺視儀拍攝，其主機用來記錄數據，并在顯示屏上顯示出觀測圖像。

圖1 探測點位置示意圖

根據鉆孔窺視結果發現，8#煤層上方石灰巖頂板致密完整，節理裂隙不發育，在工作面回采過程中不易垮落，引起初次來壓較大的顯現，需要進行爆破預裂處理。

3 深孔爆破炮孔布置參數

3.1 頂板處理高度的確定

28416工作面切眼高度3m，煤層回采時最大采高3.5m，本次計算按最大采高：Hc=3.5m（割煤高）、HF=3.79m（放煤高），設頂板崩落厚度為Hx，巖石碎脹系數為ξ=1.2，為保證冒落頂板能完全充填采空區，有如下公式成立：

計算得，Hx=13.71m，即需在8#煤上方13.71m頂板爆破處理。

考慮到切眼上方是3.79m厚的頂煤，初步確定28416工作面頂板巖層處理范圍為切眼頂板至上方（3.79m+13.71m）=17.5m的垂直高度。結合工作面頂板巖層厚度分布情況可知，處理范圍包括：8#煤層、8#煤層上方泥巖、上方3.01m石灰巖、上方8.72m厚石灰巖的一部分，剩余的石灰巖可在礦壓作用下自行垮落。

頂板弱化處理后垮落充填情況見圖2.

圖2 爆破處理高度示意圖

爆破崩落頂板后充填情況見圖3.

圖3 爆破崩落頂板后充填情況示意圖

3.2 切眼深孔爆破方案

根據頂板巖層位置，炮孔深度26.61m時可以達到處理范圍。因此，在切眼內布置A、B兩排炮孔，兩組炮孔都平行于切眼軸線，成對布置，見圖4.所有炮孔向回風巷側偏斜。

圖4 爆破炮孔剖面、平面圖

每組炮孔沿切眼頂板呈直線形排列，每隔10m布置1個炮孔，共布置20個炮孔，編號分別為A1～A20、B1～B20，A1、B1孔深15m，其余孔深均為27 m.為便于施工，A組孔距切眼后幫煤壁1m左右（以鉆機擺放方便施工為準），A、B兩組孔排距2m左右。為了施工及裝藥方便，炮孔按40°仰角施工，為避開錨桿、錨索托盤等物體，實際施工時孔口位置可微調30cm左右。

切眼拉槽處的炮孔參數見表1.

表1 切眼拉槽爆破炮孔參數表

4 深孔爆破工藝

4.1 鉆孔

28416工作面深孔爆破的炮孔施工最好采用兩臺鉆機，爆破打孔可采用坑道鉆機，根據炮孔設計參數進行打孔，孔徑為94mm.采用三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑為94mm，鉆桿直徑為75mm或63.5mm，每根鉆桿長度為1m.

在鉆孔施工過程中，要采用坡度儀準確定位炮孔角度，打孔后記錄和檢查打孔情況。因炮孔長度較長，為了使爆破達到預期的效果并保證安全，炮孔角度不能偏離太大，充許偏離的角度為±1°.在鉆孔時盡量將孔內煤渣排除，要求鉆桿鉆到規定深度時鉆機空轉5min.

4.2 裝藥

探孔。裝藥前需先用“便捷式炮棍”探孔，探測炮孔深度，目的是了解炮孔的深度，進而確定裝藥情況。

送入炸藥。裝藥采用炸藥被筒托裝方式，即先將炸藥、導爆索放入d75mm的炸藥被筒內，然后將被筒塞入炮孔。炸藥采用煤礦許用二級或三級乳化炸藥即可，每米裝藥量約3.5kg，導爆索采用煤礦許用導爆索，d6～8mm.對剩余的炮孔進行封泥，以防止明火起爆造成瓦斯等災害事故。裝好的炸藥見圖5.

圖5 深孔炸藥裝藥示意圖

4.3 封泥

深孔爆破封孔長度一般大于3m，且炮孔直徑大，本次深孔爆破對封孔要求嚴格，因此，需采用專業封孔機具，見圖6，封孔器靠風壓吹送噴射方式，將封孔材料噴入孔內。

圖6 封孔器及封孔效果示意圖

4.4 爆破

切眼拉槽爆破在支架安裝完畢后，工作面推進3～4刀煤開始進行，即工作面后方切眼處有打鉆施工空間。

炮孔封好泥后，開始聯線，聯線采用“局部并聯，總體串聯”的方式進行，一個炮孔內雷管的聯接方式見圖7.放炮使用MFB-100型起爆器，爆破母線必須大于規定的爆破距離，放炮安全距離不小于200 m.切眼拉槽時一次起爆4個炮孔。

圖7 一個炮孔內兩發雷管的聯接方式示意圖

4.5 設備和火工品

炸藥使用3號煤礦許用乳化炸藥，d94mm孔裝炸藥的藥卷規格d75mm×1000mm.雷管采用煤礦許用8#普通瞬發電雷管。

5 安全技術措施

1）必須采用煤礦許用導爆索，連接導爆索時，不準有折斷或破裂現象。支線的方向必須與主線傳爆方向和起爆雷管的起爆方向一致，支線與主線的夾角不得小于90°.為保證爆破的安全可靠，在導爆索干線的同一處只允許接上一根支線。

2）當用雷管起爆導爆索時，起爆導爆索的雷管應綁在距導爆索端部15cm處，雷管的集能穴應朝向導爆索的傳爆方向，只允許在起爆前將雷管綁在導爆索上。

3）必須配備專職瓦檢員，并經常檢測瓦斯情況，當瓦斯濃度超過1%或風量不足時，必須停止作業，撤出人員。

4）裝藥放炮嚴格執行“一炮三檢”制度，裝藥前要認真檢查工作地點附近20m范圍內風流中的瓦斯濃度，只有在瓦斯濃度小于1%，才可裝藥。

5）爆破作業時，嚴格執行“三人連鎖”放炮制度。爆破后，要將爆破母線、發爆器、瓦斯報警儀等收拾整理好，清點剩余的電雷管、炸藥，填寫好消耗單，剩余火工品交回火藥庫。

6 結 論

通過對28416工作面初采期間頂板進行強放，可以減小初次來壓步距，降低初次來壓強度，使得保護液壓支架不受較大的動載沖擊，防止大面積懸頂造成颶風傷人事故；降低了采空區大量遺煤自然發火傾向性；防止瓦斯瞬間大量涌出，初采期間頂板不垮落，采空區內的大范圍自由空間積聚瓦斯，一旦頂板突然垮落，勢必造成瓦斯瞬間大量涌出，容易造成災害；提高了放頂煤回收率，工作面初期推進30～50m的頂煤松散、破碎，更容易從支架放煤口放出；采空區充填效果好，破碎的頂板能夠較好的充填采空區，有效減少了漏風。最終實現了28416工作面初采的安全生產，產生了較大的經濟效益和社會效益。