頂板深孔爆破卸壓技術在岳城煤礦的應用

李 任

（山西晉能控股煤業(yè)集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

端頭懸頂是影響煤礦井下回采速度的重要隱患之一。對于多巷布置工作面，端頭懸頂會增大采空區(qū)上覆巖層的礦山壓力向煤柱方向傳遞，導致相鄰巷道變形嚴重，影響工作面正常回采。此外，懸頂突然垮落會把采空區(qū)的瓦斯及其他有毒有害氣體擠入采煤工作面，導致工作面瓦斯超限甚至瓦斯爆炸。以岳城礦為例，該礦通過提前深孔預裂頂板，使工作面端頭及時垮落，有效避免端頭懸頂，同時阻斷采空區(qū)上覆巖層的礦山壓力向煤柱方向傳遞，保證圍巖的整體完整性，安全效益顯著。

1 現(xiàn)場概況

2301（上）工作面位于岳城煤礦Ⅲ2302（上）綜采工作面位于二盤區(qū)東軌道巷西側，該工作面采煤方法為全部垮落后退式綜合機械化采煤法，工作面一切眼長190 m（中至中），可采走向長1 045 m，本分層采高3.1 m，煤層傾角0°～12°，平均6°。

2301（上）工作面由于工作面長、推進速度快，礦壓顯現(xiàn)強烈。工作面端頭懸頂和相鄰巷道的維護一直是困擾著安全生產(chǎn)的難題，目前工作面端頭懸頂面積達到25 m2，綜放工作面端頭懸頂面積達到20 m2，為解決端頭懸頂以及改善相鄰巷道維護現(xiàn)狀，開展工作面頂板深孔爆破卸壓技術研究顯得十分必要。

2 技術方案

采用地質(zhì)與生產(chǎn)條件調(diào)查、理論分析與計算、數(shù)值模擬、深孔爆破預裂方案設計、作業(yè)人員培訓與施工指導、深孔預裂爆破工業(yè)性試驗、復用巷道礦壓觀測與分析、編寫研究報告的方式履行，其技術路線如圖1所示。

圖1 項目研究技術路線

首個深孔爆破預裂施工區(qū)域選擇2301（上）工作面23012巷，自停采線向前方1 200 m范圍。考慮到瓦斯高位鉆孔對爆破的影響，在瓦斯鉆孔前后各5 m范圍不進行爆破施工。

3 深孔爆破工藝

3.1 鉆孔位置

鉆孔位置即鉆孔開孔處與巷道煤柱側巷幫的距離。結合巷道頂板支護情況及對履帶式鉆機設備等情況的調(diào)研，確定爆破鉆孔與煤柱幫距離S=700 mm。

3.2 鉆孔直徑

應力波作用下，爆破裂隙自炮孔半徑1～2倍的范圍內(nèi)開始產(chǎn)生并向外擴展，擴展路徑沿徑向和炮孔中心連線方向，隨著炮孔直徑以及單位耗藥量的增加，擴展裂隙也在一定程度增加，可用巖石松散性系數(shù)等價表示，如圖2所示。

當炮孔直徑超過80 mm后巖石松散性系數(shù)趨于平穩(wěn)，可以認為此時單純增加炮孔直徑對爆破效果影響己不大，最佳孔徑設計應控制在75～100 mm。

本次方案所選炸藥直徑Φ45 mm，聚能管最寬處63mm，結合工作面頂板巖性、不耦合系數(shù)以及以往頂板深孔爆破預裂經(jīng)驗以及施工進度等要求，設計鉆孔直徑D=75 mm。在施工頂板爆破鉆孔時，選用Φ75 mm的鉆頭，Φ63 mm的鉆桿。

3.3 鉆孔間距

爆破孔間距是兩個孔中心距，其對爆破效果起決定性影響。鉆孔間距主要有炮孔半徑、爆破粉碎區(qū)半徑、爆破裂隙區(qū)半徑構成。由于鉆孔采用雙向聚能劈裂爆破，孔間距L=2×1.12=2.24 m。基于爆破安全考慮，設計炮孔間距L取值2.0 m。

選取100 m巷道進行炮孔間距試驗，將炮孔間距調(diào)整為2.5 m，同時增加裝藥量，若爆破后檢測裂隙貫通良好，則將炮孔間距調(diào)整為3.0 m再次進行100 m巷道試驗，以此類推。

3.4 裝藥量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，深孔爆破時封孔長度不低于孔深的1/3。為便于施工操作，設計裝藥長度20 m，封孔長度12 m。一般爆破工程中，泥巖裝藥集中度取0.7 kg/m，細粒砂巖裝藥集中度取1.3 kg/m，砂質(zhì)泥巖裝藥集中度取1.2 kg/m以此計算裝藥量：

Q=（3.5+5.1）×0.7+6.1×1.3+5.4×1.2=20.43 kg。

本次方案根據(jù)以往深孔爆破施工經(jīng)驗及頂板巖性設計裝藥量20.8kg，共計使用26根藥卷。根據(jù)前期爆破試驗效果，及頂板結構的變化逐漸調(diào)整裝藥量。

3.5 裝藥方式

爆破鉆孔內(nèi)采用不耦合方式間隔裝藥，為保證安全，簡化操作，同時確保爆破眼內(nèi)炸藥完全引爆，采用雙雷管，雙導爆索引爆，每一根導爆索均采用瞬發(fā)電雷管起爆，2個雷管采用并聯(lián)連接。爆破孔內(nèi)炸藥、導爆索、封孔材料、雷管以及隔離形成的裝藥結構如圖3所示。

圖3 裝藥結構示意圖（m）

裝藥時將導爆索插入孔底炸藥中，并用膠帶纏繞固定，將炸藥放入聚能管內(nèi)，導爆索選用煤礦許用導爆索，規(guī)格為Φ5.2～5.5 mm。導爆索一端插入孔底藥卷中，并用絕緣膠帶纏好制成起爆藥卷，另一端與雷管相聯(lián)，雷管和導爆索用絕緣膠帶纏在一起。

4 效果檢驗及結論

對2301（上）工作面120#、130#、140#支架工作阻力大小進行礦壓觀測，觀測時間共計48 d。在工作面推進120 m前后進行了深孔爆破卸壓，得出三個支架工作阻力和工作面推進距離關系如圖4所示。

圖4 深孔爆破卸壓前后支架阻力變化圖

由圖4可以看出，工作面周期來壓時，支架工作阻力最大接近38.2 MPa。進行深孔爆破卸壓后，支架平均工作阻力明顯降低，最大阻力由原來的38.2 MPa降低至27.3 MPa。工作面周期來壓也趨于緩和，說明超前深孔爆破卸壓縮小了端頭的懸頂面積，降低了頂板周期來壓的強度大小，有效控制了工作面大跨度懸頂對支架所受載荷，保證了工作面安全回采。