綜采工作面強制預裂爆破工藝應用研究

陳啟運

（甘肅靖遠煤電股份有限公司 魏家地煤礦，甘肅 白銀 730900）

綜采工作面上覆堅硬頂板如不及時進行垮落處理，會形成大面積懸頂，頂板如若發生大面積垮塌，會產生強烈颶風及礦震，威脅井下工作人員生命安全，造成工作面支架傾倒等事故。為降低頂板大面積垮落帶來的危害，需控制工作面頂板初次來壓步距，在綜采工作面推進5～6 m時采取強制預裂爆破技術，破壞頂板的完整性，避免工作面大面積懸頂情況的發生，保證工作面的安全生產。

1 概 況

沙坪煤礦1812綜采工作面主采8號煤層，煤層平均厚度4 m，平均傾角3°，屬于近水平煤層。工作面傾向310°，傾向長度為529 m，平均走向40°，走向長度為241.2 m，工作面偽頂為炭質泥巖、泥巖互疊，厚度約為0.13 m，直接頂為灰黑色炭質泥巖，厚度約為8.7 m。老頂為中粒砂巖，平均厚度為11.5 m。工作面共布置液壓支架145臺，1812工作面上部存在18206采空區，回風巷口520 m處存在正斷層構造，斷層斷距約為1 m。

2 1812工作面頂板巖層運動規律分析

工作面直接頂和老頂來壓直接影響著工作面的安全回采，直接頂跨落后其自重完全由工作面液壓支架承載，老頂斷裂時，工作面礦山壓力顯現明顯，一旦老頂大面積垮落，往往導致液壓支架安全閥開啟，嚴重時會引起工作面冒頂、液壓支架壓死等事故[1-2]。頂板初次來壓步距按公式（1）計算：

式中：β為中間系數變量；L0為頂板初次來壓步距，m；K為頂板巖層完整系數，一般取0.25～0.75；σt為頂板巖層單向抗拉強度；γ為巖層重度。

經過計算可得，1812工作面直接頂初次垮落步距約29.5 m，周期垮落步距約11.5 m；老頂初次來壓步距約47 m，周期來壓步距約18.5 m。

3 炮眼布置及施工工藝

3.1 打眼要求

炮眼鉆進方法和布置位置嚴格按照設計方案進行鉆孔施工，采取濕式打眼，鉆孔角度正負偏差必須小于3°，孔徑φ90 mm，偏差控制在5 mm以內，孔深依據規程設計，正負偏差應小于50 mm。

3.2 炮眼布置

強制預裂鉆孔沿工作面走向布置，炮眼沿切眼巷道中心線呈直線布置，鉆孔間距為8 000 mm，炮眼共布置30個，其深度依次為12、16、20 m。鉆機設備采用CMSH1-1450/37履帶式深孔鉆機，合金鋼鉆頭采用φ90 mm，為保證后續裝藥順利進行，最終成孔直徑為94 mm，炮眼平面具體布置形式如圖1所示。

圖1 炮眼平面布置圖Fig.1 Blast hole layout

3.3 起爆順序

首先對于1～8號炮眼進行預裂爆破，再對9～19號炮眼進行爆破，最后爆破20～30號炮眼。

4 爆破方式

1812綜放工作面采用強制深孔預裂爆破，使用煤礦許用乳化炸藥，單卷炸藥規格為φ50 mm，重1.35 kg，裝藥系數0.6，單位距離裝藥量為3 kg，炮孔口封填炮泥采用黃泥。雷管導爆，導爆方式采用毫秒延期導爆，與起爆器采用并聯連接，炮眼裝藥結構如圖2所示。為防止爆破產生火花導致煤層爆炸，雷管與母線連接處應使用絕緣膠布保護好，炮孔間采用并聯方式連接，導爆索布置于炮孔底部，與炸藥相連。裝藥前應將炮眼中雜質進行清理，確保裝藥順利。先將PVC管填制完成后，用木質炮棍導入炮孔內，封好炮眼，由專業施工人員進行接線工作。藥包置于孔底，炮泥封實孔口，詳細參數見表1。

表1 爆破技術參數表Table 1 Blasting technical parameters

圖2 炮眼裝藥示意Fig.2 Schematic diagram of blast hole charging

5 爆破前準備工作

（1）通風要求。工作面回采初期，由于工作面直接頂沒有垮落，導致工作面大量漏風。因此，為保證爆破期間通風牢靠，應在1號、145號液壓支架與煤壁之間設置擋風簾。

（2）工作面采高控制。采高越大，工作面礦山壓力顯現越強烈，根據以往工作面的經驗數據[5-6]，深孔預裂爆破期間，工作面采高不宜太小，依據經驗可取3.2～3.6 m，根據工作面切眼煤層厚度，確定爆破期間工作面采高為3.5 m。由于1812工作面直接頂為泥巖，質地偏軟，為使初次預裂爆破能夠安全施工，頂煤需留設200～300 mm。

（3）工作面支護。1812工作面共布置145臺液壓支架，爆破實施前應對現場所有設備進行全面檢修，確保在施工過程中，液壓支架初撐力大于27MPa，支架設備處于正常工作運轉狀態，電纜的敷設和連接也應進行徹底檢查，確保線路連接正常。

（4）采煤機位置。實施預裂爆破期間，工作面所使用的7LS2A型雙滾筒采煤機應停放在1～30號液壓支架之間，且為增加切眼斷面，降低通風阻力，采煤機滾筒應降至煤層底板處。

（5）施工人員培訓。施工人員應在進行施工作業之前對工作面現場地質條件徹底掌握，各個工序的人員安排應提前合理有序完成，炮眼布置、裝藥、起爆順序等工序應提前編制完成，并對各崗位人員進行相關培訓學習，保證井下施工作業的安全。

6 結 論

（1）綜采工作面強制預裂爆破可以控制工作面初采期間頂板垮落情況，避免頂板大面積垮落造成對工作面的沖擊和有害氣體積聚。

（2）強制預裂爆破施工后，1812工作面上部1～49號液壓支架處直接頂首先垮落，隨著工作面推進至19 m時，工作面中下部直接頂垮落。本次方案預裂爆破效果較好，為相關近距離煤層穩定直接頂工作面初放提供經驗參考。