深孔爆破在堅(jiān)硬頂板沿空留巷中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉文璽

（汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦 山西 孝義 032300）

伴隨著煤炭資源采掘工作的持續(xù)進(jìn)行，許多礦井賦存條件較好的優(yōu)勢資源逐漸枯竭，開始面臨向深部開采或向井田邊角、孤島區(qū)域開采，這就造成采掘工作面布置及相應(yīng)的采掘工作難度增大。沿空留巷基于其技術(shù)優(yōu)勢在我國各大礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用。然而，在堅(jiān)硬頂板條件下，工作面回采后會(huì)在空巷上方形成大面積懸頂，懸頂未垮落時(shí)會(huì)造成應(yīng)力集中，大面積懸頂突然垮落更會(huì)造成動(dòng)壓災(zāi)害及沖擊破壞，使沿空留巷的技術(shù)優(yōu)勢得不得發(fā)揮。因此，在堅(jiān)硬頂板條件下進(jìn)行沿空留巷，可采用技術(shù)手段對頂板實(shí)施強(qiáng)制放頂，從而達(dá)到超前卸壓的目的[1-4]。本文即針對山西焦煤汾西礦業(yè)曙光煤礦沿空留巷時(shí)所面臨的堅(jiān)硬頂板問題，對頂板實(shí)施深孔爆破強(qiáng)制放頂，并對卸壓效果進(jìn)行評價(jià)分析。

1 工程概況

工程地點(diǎn)為曙光煤礦1226工作面運(yùn)輸巷，留巷長度為1 562 m。1226綜采工作面井下位于一采區(qū)西翼，東臨集中軌道巷，西至一采區(qū)邊界，南為尚未開采的1224綜采工作面，北為尚未開采的1228綜采工作面。1226工作面所采煤層屬于二疊系下統(tǒng)山西組2#煤，煤層厚度平均為2.85 m，工作面沿頂?shù)装甯蠲骸?226綜采工作面平均埋深介于496 m～597 m之間。工作面采掘期間表現(xiàn)出明顯的高地應(yīng)力特征，且煤層直接頂為6 m厚的粉砂巖，老頂為5 m厚的細(xì)砂巖，屬典型的堅(jiān)硬頂板。煤層頂?shù)装迩闆r如圖1所示：

圖1 1226綜采工作面煤層綜合柱狀圖（1:100）

2 深孔爆破強(qiáng)制放頂卸壓機(jī)理分析

沿空留巷時(shí)會(huì)沿采空區(qū)施工一道充填墻體，工作面回采之后，工作面兩側(cè)的頂板巖石出現(xiàn)破斷，直接頂隨采隨冒，落入采空區(qū)，老頂發(fā)生破斷，破斷后的巖塊發(fā)生回轉(zhuǎn)并下沉，并形成巖塊A、巖塊B、巖塊C的組合結(jié)構(gòu)，沿空留巷整體的圍巖結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。巖塊B對于沿空留巷圍巖穩(wěn)定性至關(guān)重要，如果巖塊B保持穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)回轉(zhuǎn)下沉，會(huì)與巖塊A與C形成鉸接承載結(jié)構(gòu)，成為上覆巖層的承載層，其承擔(dān)的載荷繼續(xù)向下傳遞，形成應(yīng)力集中區(qū)，而沿空留巷位于巖塊B下方，顯然會(huì)承受較大的載荷，巷道難以維護(hù)。

圖2 沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)模型

而在沿空留巷上方頂板內(nèi)使用深孔爆破，對巖塊B實(shí)施強(qiáng)制放頂，爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波使巖塊B產(chǎn)生裂隙，呈碎裂狀態(tài)，連續(xù)的深孔爆破則可使巖塊B的裂隙貫通，形成目標(biāo)預(yù)裂線，頂板會(huì)沿預(yù)裂線位置產(chǎn)生拉破壞或剪切破壞，使厚層頂板發(fā)生垮落，降低懸頂?shù)拈L度和范圍，使沿空留巷圍巖承受的載荷大大降低，有利于巷道圍巖控制，起到保護(hù)沿空留巷的效果[5-8]。

3 深孔爆破方案及參數(shù)制定

3.1 施工位置及工程量

施工位置：1226工作面運(yùn)輸巷H1點(diǎn)前15 m至1226運(yùn)巷切眼，共計(jì)1 562 m。1226運(yùn)巷切頂高度可以分為A、B兩個(gè)區(qū)。其中A區(qū)總共1 042 m，切頂高度10 m；B區(qū)總共550 m，切頂高度11 m。預(yù)計(jì)工程量，頂板預(yù)裂切縫爆破鉆孔3 125個(gè)，其中A區(qū)10 m深鉆孔2 024個(gè)，B區(qū)11 m深鉆孔1 101個(gè)。

3.2 鉆孔參數(shù)

按照設(shè)計(jì)要求，頂板預(yù)裂爆破切縫孔施工使用CMS1-1200/22（A型）型頂板預(yù)裂爆破施工鉆機(jī)進(jìn)行施工。爆破鉆孔參數(shù)為：鉆孔與煤壁幫間距150 mm，切縫孔間距初步設(shè)計(jì)為500 mm，深度10 000 mm/11 000 mm，與垂直方向夾角為15°，朝向煤壁幫施工。

3.3 爆破參數(shù)

按照設(shè)計(jì)要求，頂板預(yù)裂切縫爆破采用專利化聚能拉張切縫爆破方法，在施工完的爆破鉆孔中安裝BTC-1500型聚能管，外徑42 mm，內(nèi)徑36.5 mm，管長1 500 mm，每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝聚能管，其中10 m（5根×1.5 m+1根×0.5 m）、11 m（6根×1.5 m）。聚能管捅到孔底，封泥長度2 m。炮孔封泥封孔前，調(diào)整聚能管切縫方向與切頂線一致，調(diào)整完畢后方可封泥。首先根據(jù)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行單孔試驗(yàn)，確定合理的裝藥量和封泥長度，再進(jìn)行間隔爆破，觀察兩相鄰裝藥孔間空孔內(nèi)裂隙情況。如兩相鄰裝藥孔間空孔裂隙未達(dá)到裂隙率標(biāo)準(zhǔn)要求，再進(jìn)行一次連續(xù)爆破試驗(yàn)，最終確定一次爆破孔數(shù)以及爆破方式等。現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，聚能管安裝于爆破孔內(nèi)，每孔聚能管數(shù)量以及裝藥方式（圖3）根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況具體調(diào)整，聚能管中全部采用空氣柱。聚能管內(nèi)一次串聯(lián)起爆，爆破孔口采用炮泥封孔，封孔長度2 m。切縫孔爆破試驗(yàn)參數(shù)如圖3所示，定向預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示，具體的爆破方案如表1、表2所示。

表2 B區(qū)（孔深11 m）爆破試驗(yàn)方案

圖3 切縫孔爆破參數(shù)試驗(yàn)方案及參數(shù)示意圖

圖4 定向預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

表1 A區(qū)（孔深10 m）爆破試驗(yàn)方案

4 應(yīng)用及結(jié)語

按照既定方案對沿空留巷頂板實(shí)施超前深孔爆破，第一次爆破時(shí)間為工作面推進(jìn)100 m之后，通過對工作面液壓支架工作阻力觀測對比發(fā)現(xiàn)，實(shí)施頂板深孔爆破后液壓支架表顯工作阻力有明顯的下降趨勢，工作面來壓強(qiáng)度有較明顯緩和；對于沿空留巷的巷道圍巖也進(jìn)行觀測及對比，未采用強(qiáng)制放頂時(shí)巷道變形嚴(yán)重，而對巷道頂板實(shí)施深孔爆破后，再對巷道施以恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、充填墻體加固等，巷道整體穩(wěn)定性得到顯著提升，巷道變形得到有效控制。

沿空留巷經(jīng)歷巷道掘進(jìn)、工作面回采、留巷施工等幾個(gè)階段，巷道圍巖整體變形處于可控狀態(tài)，尤其是該巷道在為臨近的1228工作面繼續(xù)服務(wù)時(shí)，僅局部巷道因頂板離層值過大而進(jìn)行了1次巷道修復(fù)施工，巷道在整個(gè)二次服務(wù)階段頂?shù)装逡平俊蓭鸵平康葏?shù)值均得到有效控制，有效保障了1228工作面的快速推采及安全生產(chǎn)，達(dá)到了沿空留巷圍巖控制的目的和要求。