史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團(tuán)中鋼煤業(yè)公司，山西 呂梁 033400）

綜采面厚層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂技術(shù)研究

史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團(tuán)中鋼煤業(yè)公司，山西 呂梁 033400）

通過對某礦21303高產(chǎn)高效工作面厚堅(jiān)硬頂板切眼和兩巷深孔預(yù)裂爆破參數(shù)的合理設(shè)計(jì)，觀察分析工作面強(qiáng)制放頂后采空區(qū)后方矸石的堆積冒落情況，得出強(qiáng)制放頂技術(shù)為該工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。

綜采面；堅(jiān)硬頂板；預(yù)裂爆破參數(shù)

某礦21303工作面是高產(chǎn)高效綜采面，該工作面的頂板既無偽頂又無直接頂，而是直接覆蓋平均為24.35 m的堅(jiān)硬砂巖基本頂，在開采的過程中初次垮落來壓和礦壓顯現(xiàn)劇烈，該礦井在開采過程中發(fā)生過安全事故。為了確保該工作面初次來壓期間的巖層控制和開采安全的需要，本文以21303工作面的大厚度堅(jiān)硬砂巖頂板為例，介紹了預(yù)爆破強(qiáng)制放頂工藝和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

1 工作面概括

該工作面煤層賦存深度57～148m，平均100 m，工作面的長度240m。采用綜合機(jī)械化采煤法，采高3.2 m。煤層頂板第一層為灰白色中粒砂巖，石英為主，長石次之，分選差，厚度9.74 m，巖石質(zhì)量指數(shù)（芯長/層厚之比）60.2%；第二層為灰色粉砂巖，水平層理，含少量植物化石，見云母碎屑，夾細(xì)粒砂巖薄層，厚度9.34 m，巖石質(zhì)量指數(shù)89.9%；第三層為灰色細(xì)粒砂巖，波狀層理，含少量植物化石，泥質(zhì)膠結(jié)，厚度5.54 m，巖石質(zhì)量指數(shù)93.9%；頂板各類砂巖的總厚度24.35m。

2 初次來壓期間初次放頂方案設(shè)計(jì)基本原則

一是以21303工作面的頂板結(jié)構(gòu)條件、開采條件為依據(jù)，借鑒以往該礦處理堅(jiān)硬頂板的預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)最佳的初放頂板處理方案。

二是21303工作面堅(jiān)硬砂巖板處理，必須最大限度地符合頂板巖層的破斷失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)與礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，充分利用礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以控制頂板巖層。

三是頂板處理高度的確定，應(yīng)該滿足充填矸石足夠和堅(jiān)硬頂板不再嚴(yán)重威脅工作面開采安全的雙重要求。為此，采用處理3倍工作面采高范圍內(nèi)頂板巖層的原則。

四是擬采用切眼預(yù)裂斷頂和兩巷預(yù)裂斷頂?shù)穆?lián)合處理方案，以增強(qiáng)頂板的處理效果。

五是兩巷預(yù)裂斷頂?shù)奶幚?，可采用雙層扇形的鉆孔布置方案設(shè)計(jì)，第一層孔底為第二層孔底高度之半。兩巷預(yù)裂斷頂?shù)奶幚硎褂貌汕邦A(yù)裂爆破的方式。

六是兩巷的斷頂爆破既要保證初次來壓處的頂板能順利垮落，還要保證工作面開采到此位置時(shí)，不致發(fā)生端面機(jī)道頂板的漏冒事故，不影響正?；夭桑簿褪潜仨毐ＷC炮眼爆破的影響區(qū)域不能破壞采場的下位頂板，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此值一般應(yīng)為2m以上。

3 初次來壓期間初次放頂施工方案設(shè)計(jì)

3.1 切眼頂板的深孔預(yù)裂爆破

（1）切眼頂板深孔預(yù)裂爆破的鉆孔布置參數(shù)設(shè)計(jì)。由于21303工作面采高3.2m，按照3倍采高做為應(yīng)該處理頂板的原則,則頂板高度為3.2×3=9.6 m，可按10 m高度設(shè)計(jì)和施工。采用靠近聯(lián)巷側(cè)距中線1 m處、孔間距10 m，平行切眼軸線呈“一字型”布置的布置方式，因頂板處理的垂直高度10 m，考慮到裝藥方便,采用33°的鉆孔仰角，則切眼內(nèi)爆破孔的長度為18.271 m,鉆孔的水平投影為15.399m。選用鉆頭Φ90mm，則成孔直徑為94mm。切眼頂板預(yù)裂爆破的鉆孔布置簡圖，參見圖1。

在切眼內(nèi)235m范圍內(nèi)，進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破放頂，總共布置23個(gè)鉆孔。

圖1 切眼頂板爆破的鉆孔布置圖

（2）切眼頂板深孔預(yù)裂爆破的炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)。選用乳化炸藥和藥包（卷）規(guī)格為φ70mm×500mm。選用裝藥系數(shù)0.6，炮泥裝填系數(shù)0.4，裝藥長度為10.962 m，炮泥長度7.308 m，每1 m炮眼裝藥量4kg，每孔總裝藥量為43.848kg。

雷管選用煤礦5段毫秒延期電雷管，采用小并聯(lián)大串聯(lián)的聯(lián)線方式，即每個(gè)孔的2個(gè)雷管并聯(lián)，而整個(gè)23個(gè)孔的雷管為大串聯(lián)；起爆方式采用延期電雷管導(dǎo)爆索起爆，起爆器選用強(qiáng)力MFB-1000型。封孔的炮泥采用黃泥制作。炮眼采用連續(xù)偶合方式裝藥，采用雙雷管，雙導(dǎo)爆索引爆，其中一根導(dǎo)爆索延伸至炮眼底部，另一根導(dǎo)爆索與炮眼外側(cè)第一個(gè)藥包相連，每一根導(dǎo)爆索均采用雷管起爆，兩個(gè)雷管在孔口并聯(lián)連接，孔口炮泥用木塞固定。

裝藥前必須清凈炮眼，用φ70mm×1500mm的木制炮棍將裝有藥卷、炮泥和導(dǎo)爆索的PVC管裝入孔內(nèi)。根據(jù)炮眼長度確定導(dǎo)爆索長度，導(dǎo)爆索只能用快刀快切，嚴(yán)禁沖擊擠壓，藥包要推至孔底，裝緊裝實(shí)，黃泥要充填密實(shí)。

放炮采取分組方式，兩組同時(shí)放；同組內(nèi)炮眼采用延時(shí)起爆，分兩個(gè)爆破段，每段延時(shí)25 ms，先起爆兩端的兩個(gè)炮眼，依次為中間的兩個(gè)，最后起爆中間的兩個(gè)眼。要求警戒距離和放炮安全距離不小于300m。

3.2 兩巷頂板的深孔預(yù)裂爆破

（1）兩巷深孔爆破的鉆孔布置參數(shù)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行鉆孔布置參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，將鉆機(jī)布置在切眼前方40m處，鉆機(jī)高度定為1.5 m，從頂板處理效果和預(yù)爆破安全的角度考慮，底層孔距頂板最終高度7m；頂層孔距頂板的最終高度14 m，孔底均落在距巷道幫內(nèi)50 m深度，鉆孔與巷道軸線正交，巷道寬度5m，則可以建立如圖2的鉆孔布置參數(shù)為：

對于底層孔（即距頂板7 m高度的鉆孔），仰角為17°。其鉆孔長度L1為50.771m。

對于頂層孔（即距頂板14m高度的鉆孔），仰角為17°。其鉆孔長度L1為52.285m。

（2）兩巷深孔爆破的鉆機(jī)布置參數(shù)設(shè)計(jì)。鉆機(jī)的高度1.5 m，巷道寬度按5 m計(jì)算，則半寬2.5 m，如依底層鉆孔仰角10°，頂層鉆孔仰角17°計(jì)算。為此，底層鉆孔孔口距巷道底板的實(shí)際高度h為2.382m。

同理，頂層鉆孔孔口距巷道底板的實(shí)際高度h為3.029m。

兩巷深孔爆破的鉆孔剖面布置及參數(shù)，見圖2。

圖2 兩巷深孔爆破的鉆孔布置剖面圖

（3）兩巷深孔爆破的炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)。對于兩巷斷頂?shù)纳羁妆圃O(shè)計(jì)，除了此處特別設(shè)計(jì)和說明的外，其余和切眼爆破設(shè)計(jì)完全相同，在此僅設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)。

選用裝藥系數(shù)為0.6，炮泥裝填系數(shù)為0.4。

第一個(gè)底層炮眼的總長度為50.771m，故裝藥長度為30.463m，炮泥長度20.308m。每米炮眼裝藥量4kg，該孔總裝藥量為121.852kg。

第二個(gè)頂層炮眼的總長度為52.285m，故裝藥長度為31.371m，炮泥長度20.914m。每米炮眼裝藥量4kg，該孔總裝藥量為125.484kg。

4 強(qiáng)制放頂?shù)默F(xiàn)場應(yīng)用效果

（1）理論估算的工作面堆矸高度9.2 m，超過采高3.2 m，支架上方還有6 m左右的矸石墊層，大約為采高的3倍左右，據(jù)此可以推斷即使21303工作面的初次來壓比較強(qiáng)烈，但對工作面支架沖擊和人員安全影響不大，可以充分保障工作面的安全生產(chǎn)。（2）工作面目前推進(jìn)到78.6m時(shí)，采空區(qū)冒落嚴(yán)實(shí)，支架的掩護(hù)梁以及架間均為矸石所充填，這樣有效地隔斷了工作面來壓的颶風(fēng)通道，減小了初次頂板來壓時(shí)颶風(fēng)的突然性威脅，據(jù)此可以判斷工作面推進(jìn)超過80～95 m，發(fā)生初次來壓期間，颶風(fēng)傷人的危險(xiǎn)性幾乎是不存在的。

5 結(jié)論

通過對21303工作面的大厚度堅(jiān)硬砂巖頂板實(shí)施深孔預(yù)裂爆破的強(qiáng)制放頂技術(shù)，保證了工作面的安全生產(chǎn)，消除了颶風(fēng)傷人的危險(xiǎn)性。本文的研究成果對類似地質(zhì)條件的工作面安全回采具有一定的理論意義和使用價(jià)值。

[1]趙秋貴，吳青偉.堅(jiān)硬難放頂板的有效控制[J].煤炭技術(shù)，2000（19）.

[2]高森林.盧嶺礦堅(jiān)硬難冒落頂板管理探討[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2001（28）.

[3]宮世文，張蓀茗等.深孔欲裂爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦安全，2007（38）.

Abstract:On the rational design of thick-hard roof cutting hole and deep-hole pre-split blasting parameters among the No.21303 working face with high production and efficiency,the author observed the roof piling-up and caving situation of gangue in mined-out areas after the compulsive roof cave-in and pointed out that the compulsive roof cave-in technology ensured the safety production of the working face.

Keywords:fully-mechanized mining face;hard roof;pre-split blasting parameter

編輯：劉新光

Research on Compulsive Roof Cave-in Technology of Thick-hard Roof in Fully-mechanized Mining Face

SHI Hong-yu

（Zhongyang Coal Co.,Shanxi Zhongyang Steel Group,Lvliang Shanxi 033400,China）

TD823.85

A

1672-5050（2010）08-0052-03

2010-08-06

史紅宇（1969—），男，山西夏縣人，本科，工程師，從事煤礦生產(chǎn)安全技術(shù)管理工作。

文章編號：1672-5050（2010）08-0017-04