中厚煤層預裂爆破切頂卸壓主要參數研究

張東平

（山西焦煤霍州煤電集團公司店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術是采用爆破技術預裂頂板，利用采空區礦山壓力沿切縫線切頂，形成短臂梁頂板；利用主動支護對預留巷道上覆基本頂巖體進行支撐，控制基本頂的回轉和下沉變形，實現卸壓作用；切落的頂板巖體形成巷幫，從而保留工作面下順槽，作為鄰近工作面上順槽使用，改變傳統長壁開采一面雙巷模式，實現一面單巷模式。

雙向聚能張拉爆破技術是切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術中的關鍵環節，先后在全國150多個薄煤層礦井中的破碎頂板、堅硬頂板、復合頂板條件下得到成功應用并推廣。基于店坪煤礦中厚煤層復合頂板巖性，根據不同的巖性，分段設計，研究出最佳裝藥結構及裝藥參數，切斷巷道基本頂與采空區頂板之間的聯系，形成短臂梁，降低留巷頂板壓力、減小巷道變形量，保證巷道滿足下工作面直接復用的目的。

1 工程概況

9-302綜采工作面位于三采區左翼，工作面東為井田邊界，西為系統大巷，南為304工作面（未采），北為210工作面采空區。工作面標高822～909m，地面標高1082～1215m，工作面面長220m，可采煤層為5#煤層，煤層厚度為2.8～3.2m，均厚3.1m，煤層傾角為1～6°，屬于緩傾斜煤層。采用單一走向長壁式采煤法采煤，綜采采煤工藝、全部垮落法管理采空區頂板。采用110工法自動成巷技術，設計留巷巷道為3022回風巷，設計留巷長度為1644m。頂底板巖性特征見表1。

2 切頂爆破施工設計

2.1 切頂眼施工范圍

（1）距302切巷口44～83m范圍非行人側。

（2）距302切巷口83m處在3022巷頂板橫向施工1排切頂眼。

（3）距302切巷口84m處開始，行人側施工至停采位置。

2.2 機具和爆破材料規格

（1）切頂眼鉆機規格：DCA-45型鉆機，采用直徑為50mm的專用鉆頭。

（2）爆破材料規格：BTC-1500型聚能管，外徑42mm，內徑36.5mm，管長1500mm；二級乳化炸藥，藥包外徑Ф35mm，長200mm。

表1 頂底板巖性特征

2.3 切頂眼施工及爆破要求

2.3.1 切頂眼設計

（1）距302切巷口44～83m范圍：切頂眼布置在9-3022巷非行人側頂板上距煤壁幫100mm處，與垂直巷道夾角為17°，切頂眼深度為9m，間距為500mm。

（2）距302切巷口83m處：切頂眼橫著巷道布置，與鉛垂線夾角為17°（向老山側方向），切頂眼深度為9m，間距為500mm。

（3）距302切巷口84m處開始，施工至停采位置：切頂眼布置在3022巷煤壁側頂板上距煤壁幫100mm處，與鉛垂線夾角為17°（向煤壁側方向），切頂眼深度與間距按照頂板巖性分段布置：

① 302切巷口84～300m段，切頂眼深度為9m，間距為500mm；

② 300～700m段，切頂眼深度為12m，間距為400mm；

③ 700～1644m段，采用深淺孔組合，深孔深度為13m，淺孔深度為3m，間距為200mm（兩個深孔之間增加一個淺孔）。

2.3.2 切頂眼施工要求

（1）按照設計要求，沿煤壁側巷道頂板準確標出各鉆孔位置，鉆孔表面布置在一條直線上。

（2）調整鉆機位置，使鉆機鉆臂（即鉆桿）與鉛垂線呈17°夾角。

（3）使用直徑為50mm 的專用鉆頭，按照上述角度，在巷道頂板鉆孔標注位置準確定位，并進行鉆進施工，準確操作鉆機，保證成孔平直度。

2.3.3 切頂眼爆破施工要求

采用聚能拉張切縫爆破方法，按照設計要求，進行6+1（裝藥4個眼加1個空心眼）、8+1（裝藥8個眼加1個空心眼）的裝藥方式爆破施工，具體施工要求如下：

（1） 切頂眼經檢驗合格后進行裝藥爆破，裝藥采用不耦合裝藥，正向爆破，串聯放炮。

（2） 根據爆破設計要求， 3022巷分段進行爆破，裝藥的方式為3-2-2-2-1、4-3-2-3-2-2。

以3-2-2-2-1為例說明具體裝藥方式:每孔眼內安裝4根聚能管；每根聚能管內裝二級乳化炸藥，最上一根聚能管內裝3卷藥，第二、三聚能管內分別裝2卷藥，最底下一根聚能管內上部裝2卷藥，下部裝1卷藥，共計10卷藥；第一、二、三根聚能管內各裝一個雷管，第四根聚能管內裝兩個雷管，然后將所有雷管串聯，用一根15m長的腳線連接最上一根雷管的一條腳線引至眼口，再用一根2m長的腳線連接最下一根雷管的一條腳線引至眼口，然后用炮土封口（根據頂板巖性，直接頂較穩定時，封泥長度不小于2m，直接頂較硬時，封泥長度不小于1.5m，遇頂板破碎段直接頂較軟時，封泥長度為3m），將每孔腳線串聯起來進行起爆，一次最多起爆8個孔。鉆孔爆破裝藥方式隨著頂板巖性變化情況及窺視儀對鉆孔爆破效果檢測結果進行調整。

（3）淺孔裝藥方式為3-1，安裝1.5根聚能管，封泥長度1m。

（4）炮孔封泥封孔前，調整聚能管切縫方向與切頂線一致，調整完畢后方可封泥。

3 爆破效果

（1）試驗表明，采用單孔爆破時，孔內裝藥量的多少直接影響預裂效果，當藥量加大時，孔內出現垮塌，孔口崩塌，造成頂板支護失效，給安全帶來影響；當藥量降低時，孔內裂隙達不到要求，預裂效果差，不能切斷采空區頂板與巷道頂板直接的連接，工作面推過后，采空區內頂板懸頂面積增大，壓力傳遞到超前段，造成巷道片幫變形。

（2）采用深淺孔組合的爆破方式，減少了深孔內的藥量，而將減少的藥量裝進淺孔內進行爆破，增加了爆破自由面，從而實現較好的預裂效果，同時也解決了因藥量的多少控制不好，杜絕了頂板支護破壞，實現了安全生產。如圖1所示。

圖1 爆破窺視圖

4 結論

（1）在切頂卸壓自動成巷無煤柱開采施工中，采用雙向聚能張拉爆破進行頂板預裂，根據不同的巖性，調整切頂眼深度、調整裝藥方式及裝藥量，能夠取得較好的預裂效果。

（2）根據頂板巖性變化及窺視儀對鉆孔檢測效果，發現深孔爆破后封泥段預裂效果差，在700～1644m段施工深淺孔組合爆破，保證深孔封泥段預裂效果。

（3）根據回采推進留巷段垮落情況綜合分析，能夠切斷巷道頂板與采空區頂板之間的連接，工作面推過后，采空區內頂板垮落及時充分，卸壓效果明顯。

（4）通過留巷效果看，采用深淺孔組合爆破段，留巷巷道頂板下沉量較原來降低20%，保證了留巷效果。