[摘 要]針對窯街三礦煤層硬度大及采出率低等現(xiàn)狀，基于三礦煤層賦存特征及開采技術(shù)條件，應用爆破理論及頂煤垮落規(guī)律，分析了深孔爆破技術(shù)在綜采放頂煤工作面的應用情況，結(jié)果表明針對窯街煤礦煤層硬度大，頂煤不易垮落，工作面瓦斯?jié)舛雀邨l件下深孔爆破炮孔直徑為60mm，炮孔深度為40m，按照此深孔爆破設(shè)計方案，回采率得到了最優(yōu)提升，最大增加9.9%；瓦斯超限次數(shù)降低了80%以上。此研究為同類礦井頂煤弱化、瓦斯治理提供技術(shù)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]深孔爆破，爆破理論，頂煤弱化，瓦斯治理

中圖分類號：TD235.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0061-02

1 引言

近年來，綜采放頂煤作為在煤礦中主要采煤技術(shù)，得到廣泛應用，據(jù)資料統(tǒng)計我國煤礦80%以上采用該技術(shù)，而堅硬的頂煤能有效充分垮落，是提高回采率的關(guān)鍵。目前對于綜放工作面頂煤弱化的問題已經(jīng)進行了較為深入研究。劉健[1]等人研究了深孔爆破在特厚高瓦斯堅硬煤層中的弱化效果；馬文強[2]等通過udec模擬工作面推進過程中頂煤冒落情況，表明頂煤弱化后頂煤冒放性提升；來興平[3]等人研究了一種用于頂煤弱化的靜態(tài)破碎劑，大大促進了煤層裂隙的發(fā)育。而爆破手段可以更大程度增加煤層裂隙，促進煤層弱化，針對急傾斜堅硬頂煤，采用深孔爆破，在深度與廣度上增加裂隙發(fā)育程度，促進頂煤冒落，從而解決回采率低、瓦斯超限等問題。

本文以窯街三礦5521-18工作面深孔爆破頂煤為例，采用深孔爆破理論，通過現(xiàn)場試驗，提高裂隙區(qū)域范圍，增加頂煤冒落性，降低瓦斯超限率，為工作面安全回采及提高回采率提供及時保障。

2 概況

窯街三礦5521-18工作面位于五采區(qū)東北部，采深410m，煤層厚度40-80m，傾角52-68°，為急傾斜特厚煤層，5521-18工作面走向長830m，傾斜寬85-40m，采用走向長壁綜采放頂煤采煤方法，分層平均厚度11.2m，回采2.8m，放煤8.4m，采放比約1：3。由于煤層硬度大，普氏硬度2.5，工作面頂煤堅硬，不易自然垮落，造成大量落煤損失；工作面回采過后，采空區(qū)懸頂，在周期來壓后采空區(qū)瓦斯大量涌出，造成工作面瓦斯超限或發(fā)生瓦斯事故；采空區(qū)頂煤不能及時垮落，新鮮風流從上下隅角不斷涌入采空區(qū)，造成采空區(qū)浮煤自燃，涌出大量有害氣體，致使工作面發(fā)火。

3 爆破理論

爆破的破碎區(qū)和裂隙區(qū)主要由爆破半徑?jīng)Q定，破碎區(qū)半徑由下式計算[4]：

根據(jù)理論研究與工程實踐，破碎區(qū)半徑一般為炮孔半徑的5-10倍，裂隙區(qū)半徑一般為炮孔半徑的15-25倍。針對急傾斜堅硬煤層，根據(jù)現(xiàn)場實際情況與試驗計算破碎區(qū)域。

4 工程實踐

4.1 深孔頂煤預裂技術(shù)方案

根據(jù)爆破理論及索永錄[5-8]等對深孔爆破炮孔參數(shù)研究，結(jié)合現(xiàn)場情況，設(shè)計爆破鉆孔參數(shù)進行試驗。

以工作面皮帶巷為試驗場地，每一個鉆場施工3個孔，炮孔直徑徑60mm，孔深40m。三個鉆孔垂直于巷道走向，仰角分別為20°、30°、45°，進風巷頂板鉆孔布置如圖1所示。每孔裝藥20.4kg，封泥長度15m，每個爆破孔采用兩個電雷管并聯(lián)引爆，每次起爆1個炮眼。

由于現(xiàn)場無法進行破碎區(qū)域和裂隙區(qū)域范圍的測量，因此我們通過現(xiàn)場的出煤率進行對比反映設(shè)計方案的有效性。

4.2 效果檢驗

1）回采率變化

根據(jù)深孔爆破鉆孔設(shè)計方案應用于工作面回采，分別得出連續(xù)五個月前后工作面回采率變化。如圖1所示，圖中實線表示未使用深孔爆破鉆孔設(shè)計方案連續(xù)五個月的工作面回采率，虛線表示使用深孔爆破鉆孔設(shè)計方案后連續(xù)五個月的工作面回采率。以一個月為一個階段。

由圖1容易看出，使用深孔爆破鉆孔設(shè)計方案之前，回采率最大為90.2%，有將近10%的煤炭資源的浪費，當使用該設(shè)計方案后，回采率得到了大大的提升，最大提升10%左右，回采率平均保持在95%左右，極大地對急傾斜堅硬煤層的煤炭資源進行了回收，給礦企也帶來了極大地經(jīng)濟效益。

2）瓦斯涌出量超限次數(shù)

由于窯街三礦為急傾斜堅硬煤層，回采過程中瓦斯容易積聚，經(jīng)常造成瓦斯?jié)舛瘸瑯?，影響安全生產(chǎn)。經(jīng)過深孔爆破技術(shù)實施以后，明顯發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛认陆?，超限次?shù)明顯下降，對工作面回采和安全帶來了極大的方便。圖2表明了使用深孔爆破鉆孔設(shè)計方案前后連續(xù)5個月工作面瓦斯?jié)舛群统薮螖?shù)變化。

由圖2容易看出，深孔爆破鉆孔方案實施以后瓦斯?jié)舛让黠@降低，方案實施前瓦斯?jié)舛冉?jīng)常超標，方案實施以后濃度急劇降低，均處在0.5水平以下。瓦斯超限次數(shù)也明顯降低，其中3個月都未出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯藛栴}。為工作面的安全生產(chǎn)和員工生命安全提供了極大地保障。

5 結(jié)論

（1）針對窯街三礦的急傾斜堅硬煤層，根據(jù)深孔爆破理論研究與現(xiàn)場情況結(jié)合，確定深孔爆破參數(shù)炮孔直徑為60mm，炮孔深度為40m。

（2）根據(jù)深孔爆破設(shè)計方案的應用，窯街三礦工作面回采率最大提升9.9%，瓦斯?jié)舛瘸薮螖?shù)下降80%。此深孔爆破方案的應用，為窯街三礦工作面的回采提供極大地經(jīng)濟效益，有力的保證了工作面的安全回采。

參考文獻

[1] 劉健.劉澤功.高魁.等.深孔爆破在綜放開采堅硬頂煤預先弱化和瓦斯抽采中的應用[J].巖石力學與工程學報，2014，33：3362-3367.

[2] 馬文強.王同旭.馬凱.高韌性煤層綜放開采難冒放機理及弱化效果研究[J].煤炭科學技術(shù)，2015，43：56-60.

[3] 來興平.李林耀.單鵬飛.等.一種用于急傾斜煤層頂煤致裂的靜態(tài)破碎劑效應試驗[J].西安科技大學學報，2013，33：128-130.

[4] 戴俊.柱狀裝藥爆破的巖石壓碎圈與裂隙圈計算[J].遼寧工程技術(shù)大學學報[J].2001，20：145-146.

[5] 索永錄.堅硬煤層綜采放頂煤開采技術(shù)[M].西安：陜西科學技術(shù)出版社，2001：86-103.

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[7] 楊相海，張杰，余學義.強制放頂爆破參數(shù)研究[J].西安科技大學學報，2010，30（3）：287–290.

[8] 郭文章，王樹仁，陳壽峰.節(jié)理巖體爆破數(shù)值模型及模擬研究[J].巖土力學，1998，19：1-4

作者簡介

王愛紅：（1968- ）男，甘肅永登人，地質(zhì)工程師，1990年畢業(yè)于甘肅煤炭工業(yè)學校，現(xiàn)從事煤礦瓦斯地質(zhì)技術(shù)管理工作。