某煤礦61202工作面爆破切頂卸壓效果分析*

劉念全 陳 成 鄭炎榮 趙向陽

（1.鄂爾多斯華興能源有限責任公司；2.安徽理工大學礦業工程學院）

深孔預裂爆破技術在深部煤礦頂板處理和巷道圍巖控制方面得到了廣泛應用。郭鵬飛等［1］采用雙向聚能張拉爆破技術，對巷道頂煤強度較小、直接頂較軟弱、基本頂堅硬的復合頂板進行了有效的預裂爆破。陳上元等［2］采用理論分析、數值模擬和現場試驗等方法，對預裂爆破切頂沿空成巷關鍵參數進行了系統研究。高玉兵等［3］提出一種深部巷道定向拉張爆破切頂卸壓圍巖控制技術，并運用數值模擬及現場試驗等方法，對該技術的作用效果開展綜合研究。李民族等［4］針對堅硬頂板條件下，實施定向預裂聚能爆破技術后存在鉆孔淺部裂縫率低、架后懸頂大的難題，通過理論分析、數值模擬及現場監測，提出了深淺孔組合聚能爆破技術。何滿潮等［5］為保證深孔預裂爆破切頂卸壓沿空留巷技術在深部中厚煤層的成功應用，結合理論分析、數值模擬及現場實測等方法，對深部高應力復合破碎頂板切頂留巷關鍵參數展開研究。

針對某煤礦61202 工作面初采時初次垮落步距大、壓力顯現大、支護難度大和收作拆除周期長等問題，采用深孔預裂爆破技術對頂板進行切縫處理，改變頂板的結構和應力狀態，從而實現減壓初采，并從切縫效果和礦壓顯現2 個方面對爆破切頂卸壓效果進行分析。研究成果可為煤礦類似問題提供借鑒。

1 工程概況

某煤礦61202 工作面北鄰61201 工作面，南鄰61203 工作面，具體位置如圖1 所示，走向長度為1 907 m，寬度為240 m，回采煤層為6 煤，黑色，塊狀—粉末狀為主，半亮煤為主，含暗煤和鏡煤條帶，屬半暗—半亮型，煤層厚度為10.4～25 m，平均厚度為16.6 m，煤層傾角為0°～8°，平均為2°。工作面基本頂主要為細砂巖，平均厚度為8.76 m，以灰白色的石英長石為主，泥質膠結，呈次棱角狀，分選性差。直接頂為粉細砂巖，平均厚度為2.8 m，灰色，砂泥質結構，斷口參差狀，見植物化石。直接底為泥巖，平均厚度為5.49 m，灰色，砂泥質或泥質結構，斷口參差狀，見植物化石。老底為粗砂巖，平均厚度為11.68 m，淺灰色，以石英、長石為主，分選磨圓中，鈣泥質膠結，半堅硬。煤層及頂底板巖層柱狀圖如圖2所示。

2 切頂卸壓深孔爆破設計

2.1 切縫炮孔布置

根據煤層厚度及開采高度，為了有效降低老頂完整性，同時使煤層產生裂縫，增加煤層放出率，減弱頂板的支撐強度，減小垮落步距，在工作面開切眼處實施切頂卸壓預裂爆破技術，達到切斷老頂砂巖，同時碎裂煤層，增加初采放頂煤開采效率。開切眼和順槽切縫位置如圖3（a）所示，開切眼處切縫深度為30 m，每隔800 mm 實施一次預裂，開切眼處切縫傾向工作面方向，距離回采幫200 mm，角度為15°，如圖3（b）所示；同時在2 條順槽中部超前支護100 m 段實施預裂切縫，切縫深度為30 m，間距為800 mm，兩順槽切縫角度為豎直偏向工作面方向15°，且在中心線處，如圖3（c）所示。

2.2 爆破參數確定

首先根據方案設計進行單孔試驗，確定合理的裝藥量和封泥長度，然后進行間隔爆破，觀察兩相鄰裝藥孔之間空孔內裂紋情況，如果兩相鄰裝藥孔之間空孔裂紋未達到裂縫率要求，最后進行一次連續爆破試驗。最終確定孔徑為60 mm，孔深為30 m，封泥長度為12 m，炮孔間距為800 mm，單孔裝藥量為8.7 kg，采用連續爆破方式。爆破試驗炮孔布置和參數如圖4所示。

2.3 裝藥結構

雙向聚能管（圖5）采用特制聚能管，特制聚能管長軸外徑為49 mm，短軸外徑為41 mm，壁厚1.8 mm，聚能槽部位壁厚1.5 mm，聚能槽夾距36.5 mm，管長1 500 mm。聚能爆破用二級煤礦乳化炸藥，藥卷直徑為35 mm，長度為300 mm，爆破孔口用炮泥封孔，用導爆索串聯連接。現場試驗時，聚能管安裝于爆破孔內，每孔12 根聚能管，首先采用“4+4+4+3+3+3+3+2+2+1+1”的裝藥方式，每孔2 根導爆索，2 發雷管，爆破孔口采用專業設備用炮泥封孔，封孔長度為12 m。

3 爆破切頂卸壓效果分析

3.1 預裂切縫效果分析

現場抽查切眼未爆破孔1#、2#和4#孔，以及兩順槽的5#和6#孔。1#未爆破孔在16.7 m 位置出現塌孔，在11.4～13.5 m、14.1～15.0 m 區段出現裂隙，裂隙率達到78%；2#未爆破孔在17.5 m 位置出現塌孔，在11.7～12.5 m、14.3～14.9 m 區段出現裂隙，裂隙率達到71%；4#未爆破孔在24.2 m 位置出現塌孔，在14.1～14.7 m、20.0～20.7 m、21.2～22.2 m、22.8～23.5 m 區段出現裂隙，裂隙率達到45%。同時在爆破過程中，未爆破孔內有白煙冒出，說明爆破孔裝藥爆破產生的壓力脈沖已經沿著切縫方向貫通，達到雙向聚能拉張爆破預裂切縫的實際效果。

3.2 礦壓顯現對比分析

圖6 為各工作面初次來壓壓力峰值對比圖，從圖6 中可以看出，61202 工作面初次來壓壓力峰值明顯比61207、61303 和61201 工作面小，較61207 工作面峰值低8.5 MPa，較61303 工作面峰值低11.2 MPa，較61201 工作面壓力峰值低11.7 MPa。圖7 為各工作面初次來壓步距，從圖7 中可以得到61202 工作面初次來壓步距最小。根據現場觀察，61202 工作面初次來壓期間，煤壁較為完整，未出現大面積片幫，支架采高在可控范圍內，對工作面回采影響很小，表明深孔預裂爆破對礦壓控制具有顯著作用。

4 結論

深孔預裂爆破技術可以充分破壞工作面頂板的完整性，極大地縮小工作面初采初放期間頂板懸露面積，大大降低工作面初次來壓礦壓劇烈顯現影響，本次實踐所采用的一次連續爆破方式的參數為孔徑60 mm，孔深30 m，充填長度12 m，孔距800 mm，單孔裝藥量8.7 kg，可為類似煤礦提供借鑒和參考。