綜放工作面初次來壓前強制放頂研究

張振龍 常少鋒 崔振東

(山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城 048003)

1 概況

大陽煤礦3405綜放工作面北部為四采區實體煤（未開采），南部與3404工作面（已回采）以30m的保安煤柱相隔，東起四采區軌道巷，西至井田邊界。3#煤層結構復雜，硬度f=3，傾角0°～15°，平均厚度5.72m，工作面走向長1296m。煤層直接頂為4.3m厚的砂質泥巖和黑灰色細砂巖，基本頂為8.8m的細砂巖和粉砂巖，比較堅硬。根據以往的開采經驗，由于該煤層推采后頂板不易垮落，必須預先確定初次來壓、周期來壓步距和爆破參數，當工作面來壓以前，采取預裂爆破的方式對工作面進行強制放頂。

2 來壓步距的確定

2.1 初次來壓步距

由于該工作面兩順槽均處于實體煤中，可將工作面基本頂視為固支梁，采用斷裂計算方法，運用式（1）計算基本頂的極限垮距：

式中：

LT-基本頂初次來壓步距，m；

RT—基本頂抗拉強度，該礦取RT=1.3～2.4MPa；

h-基本頂厚度，取8.8m；

q-基本頂上覆巖載荷，包括基本頂自身，根據式（2）及材料力學，確定該工作面q值為200kPa；

式（2）中：

E-各巖層的彈性模量，MPa；

n-巖層數；

h-各巖層的厚度，m；

γ-各巖層的容重，kg/m3。

代入式（1），可求出固支梁破斷時的極限垮距LT=31.7～43m。

2.2 周期來壓步距

周期來壓步距可按基本頂的懸臂式折斷來確定，采用（3）式進行計算：

確定基本頂周期來壓步距為13～17.6m。鄰近煤層的基本頂或者更上方某層巖層，以及巖層的屬性發生變化都可能對周期來壓步距造成一定影響，從而使得工作面周期來壓步距發生一定變化。

2.3 強制放頂距的確定

采取爆破的方式對工作面進行強制放頂，使工作面基本頂提前冒落形成矸石墊層，從而減弱頂板壓力和垮落時產生的沖擊載荷。確定合理的強制放頂距應在周期來壓步距和初次來壓步距之間，這樣對工作面造成的影響較小。由于基本頂的初次來壓步距為31.7～43m，周期來壓步距為13～17.6m，因此當工作面推進13～17.6m時，可實施強制放頂。

3 爆破參數

3.1 放頂高度

根據實踐經驗，采空區中矸石充填達到采空區和放頂高度之和的2/3，就可很大限度降低沖擊載荷和避免形成暴風。放頂高度可按下式計算:

式中：

H-放頂高度，m；

Kp-巖塊的碎脹系數，取1.3；

M-采高，取5.8m。

代入（4）式，計算得出放頂高度應該在大于等于9.2m即可保證基本頂平穩來壓。

3.2 炮眼參數

在同等裝藥量情況下，合理的炮眼長度是保證爆破取得良好效果的前提，炮眼長度可按照下式計算：

式中：

H-為放頂高度，由（4）式中已確定為9.2m；

n-炮眼利用率，取90%；

α-炮眼傾角，為方便施工仰角取55°。

經式（5）計算，可得炮眼長度為12.48m。

為了增強爆破效果，保證切眼內炮眼垂直高度全部穿過基本頂，且爆炸力作用于基本頂，取炮眼長度的1.3倍，因在2.4m的頂煤下開始打眼，則取炮眼長度為18.6m。炮眼布置剖面圖見圖1。

圖1 炮眼布置剖面圖

3.3 裝藥要求

采用三級煤礦許用乳化炸藥（Ф60×480mm，1.5kg/卷）、煤礦許用瞬發電雷管、煤礦許用導爆索。第一卷引藥安裝之前，首先將2根導爆索插入火藥內250～350mm，然后用膠帶把2根導爆索和藥卷纏好制成起爆藥卷，導爆索包裹起爆藥卷的長度不低于250mm。導爆索及藥卷安裝見圖2，炮孔布置圖見圖3。

圖2 導爆索和藥卷安裝圖

圖3 炮孔布置圖

用搗炮棍把起爆藥卷逐次裝入，每次裝藥不超過3卷。裝藥過程中操作人員要避免炮棍將導爆索擠斷或帶入炮孔內，裝藥過程中應正確使用炮棍，往下拉時應拉連接在炮頭處的鋼絲繩，不能硬拉炮棍，避免將炮棍連接處折斷。嚴格按裝藥結構圖進行裝藥（裝藥結構見圖4）。

炮眼炮泥封孔至距孔口1.2m處時，輕輕壓實炮泥，進行最終封孔。

圖4 裝藥結構圖

爆破時，采用FD-150型發爆器，逐個裝藥，逐個起爆。

4 爆破效果

爆破完成之后，通過采用礦用鉆孔成像儀對預裂爆破預留孔觀察，裂隙明顯，起到了強制切頂的目的，有效降低了工作面初次來壓的強度，保證了工作面的安全回采。