成 飛

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦，陜西 延安 727307)

關(guān)健詞：爆破預(yù)裂；綜采工作面；懸頂；頂板管理

0 引言

堅(jiān)硬頂板條件下的綜采工作面懸頂問(wèn)題一直是工作面頂板管理的難點(diǎn)。黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦在綜采工作面強(qiáng)制放頂方面先后采取過(guò)多種措施，主要還是采用回收頂板錨索梁、施工強(qiáng)制放頂鉆孔等措施解決懸頂問(wèn)題。但由于一號(hào)煤礦的頂板特性、巷道布置、支護(hù)方式等因素制約，綜采工作面進(jìn)風(fēng)順槽上隅角頂板常常冒落不充分，造成懸頂面積超過(guò)規(guī)程規(guī)定。為了促進(jìn)采空區(qū)頂板及時(shí)垮落，有效降低超前段頂板壓力，減少隱患，通過(guò)借鑒無(wú)煤柱開(kāi)采爆破預(yù)裂切縫工藝，在綜采工作面上、下隅角試驗(yàn)爆破預(yù)裂工藝，人為增加堅(jiān)硬頂板的裂隙，破壞堅(jiān)硬頂板的完整性，使頂板隨工作面的推進(jìn)及時(shí)垮落，減少由于大面積頂板突然冒落造成事故。

1 爆破預(yù)裂工藝概述

爆破預(yù)裂切頂工藝是將特定規(guī)格的炸藥裝在2個(gè)能設(shè)定方向的有聚能效應(yīng)的聚能裝置中，炸藥起爆后，預(yù)裂孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，在設(shè)定向上集中受拉，依靠巖石抗壓不抗拉的特性，使巖石按設(shè)定方向拉裂，從而實(shí)現(xiàn)被爆破體按設(shè)定方向拉裂。該爆破技術(shù)是在對(duì)比研究多種聚能爆破和定向爆破方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型聚能爆破技術(shù)，施工工藝簡(jiǎn)單，應(yīng)用時(shí)只需要在預(yù)裂線上施工預(yù)裂孔，采用雙向聚能裝置裝藥，并使聚能方向?qū)?yīng)于巖體預(yù)裂方向。爆轟產(chǎn)物將在2個(gè)設(shè)定方向上形成聚能流，并產(chǎn)生集中拉應(yīng)力，使預(yù)裂孔沿聚能方向形成預(yù)裂面，可以在達(dá)到預(yù)裂的同時(shí)又保護(hù)巷道頂板，使堅(jiān)硬難冒頂板成為易冒落頂板。盡可能使冒落的巖石基本充滿采空區(qū)，形成巖石墊層，從而減弱頂板垮落時(shí)的沖擊強(qiáng)度，大大減少有害氣體的積存空間，防止因頂板垮落而造成的瓦斯瞬間涌出以及大面積頂板垮落時(shí)形成沖擊地壓的可能性，達(dá)到隨采隨落。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

2.1 綜采工作面回采期間的預(yù)裂試驗(yàn)

工作面概況：621綜采工作面位于六盤(pán)區(qū)，主采2#煤層，煤層平均厚度2.4 m。采用綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面采用MG620/1660-WD型電牽引采煤機(jī)落煤，采用ZY7800/15/30D型掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。工作面長(zhǎng)度235 m，推采長(zhǎng)度3 546 m，預(yù)裂試驗(yàn)時(shí)已回采3 350 m。2#煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，回采時(shí)隨采隨落。直接頂為粉砂巖，平均厚度 6.19 m。老頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度7.83 m。采煤工藝流程為割煤→裝煤→移架支護(hù)→推移運(yùn)輸機(jī)。工作面兩端頭采用端頭支架支護(hù)，兩順槽超前支護(hù)采用成組超前支架支護(hù)。

預(yù)裂參數(shù)選擇：①爆破預(yù)裂位置選擇在621進(jìn)風(fēng)順槽切頂線外1～2 m(提前留一天的推采距離，孔按“L”型布置)；②設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)爆破預(yù)裂孔，每組8個(gè)。第一組預(yù)裂孔深度8 m，采用風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)鉆孔，孔徑50 mm，間距500 mm，垂直于順槽方向施工3個(gè)孔，平行于順槽方向在副幫施工5個(gè)孔，形成“L”型布置，見(jiàn)表1；第二組預(yù)裂孔深度也是8 m，孔徑50 mm，間距600 mm，垂直于順槽方向施工3個(gè)孔，平行于順槽方向在副幫施工5個(gè)孔，形成“L”型布置。預(yù)裂孔垂直于頂板布置，每組3個(gè)孔連線垂直順槽方向，見(jiàn)表2；③爆破預(yù)裂使用雙向聚能管，外徑為40 mm，內(nèi)徑為38 mm，管長(zhǎng)1 800 mm和1 500 mm兩張規(guī)格。爆破采用三級(jí)煤礦乳化炸藥，炸藥規(guī)格為φ35mm×200mm/卷。雷管選用1～5段毫秒延期電雷管，MFB-100型發(fā)爆器。

實(shí)驗(yàn)順序：依次單孔爆破第一組預(yù)裂孔和第二組預(yù)裂孔，觀察工作面推進(jìn)后頂板垮落情況，確定該工作面適宜的最優(yōu)參數(shù)。

施工及質(zhì)量要求：①施工前所有工器具及放炮器材需按要求準(zhǔn)備齊全；②施工前需對(duì)巷道高度不足處進(jìn)行落底施工，保證錨桿鉆機(jī)可正常作業(yè)；③施工前需對(duì)施工點(diǎn)附近加固支護(hù)，切頂單體柱距調(diào)整為300 mm，并在施工點(diǎn)附近根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取補(bǔ)打單體加固支護(hù)；④施工前需對(duì)端頭架，運(yùn)輸機(jī)尾等炮眼布置范圍的設(shè)備設(shè)施采取保護(hù)措施；⑤切頂孔經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行預(yù)裂爆破，采用不耦合裝藥，正向爆破；⑥每個(gè)切頂孔在裝藥前，先在巷道內(nèi)按照爆破裝藥設(shè)計(jì)參數(shù)，從孔底聚能管開(kāi)始連續(xù)裝藥并安設(shè)雷管和引線，然后將引線穿過(guò)第二根聚能管，并將第二根聚能管與第一根聚能管用連接件連接，再在第二根管內(nèi)開(kāi)始連續(xù)裝藥并安設(shè)引線，重復(fù)按照上述方法，依次完成全部聚能管裝藥；要求每個(gè)聚能管內(nèi)采用連續(xù)裝藥，每個(gè)聚能管裝一發(fā)雷管；⑦封孔前，將聚能爆破定向桿切縫方向調(diào)整到與順槽推進(jìn)方向垂直，調(diào)整完畢方可封泥。

表1 第一組爆破預(yù)裂孔參數(shù)

表2 第二組爆破預(yù)裂孔參數(shù)

注：每根聚能管端頭封堵炮泥；封孔上端采用將炮線裝入聚能管再裝炮泥的方式進(jìn)行封堵。

預(yù)裂效果分析：①第一組預(yù)裂爆破前現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)621進(jìn)順懸頂達(dá)6 m，預(yù)裂爆破過(guò)程很順利，未出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象。但頂板在相隔24 h后，采過(guò)10 m后頂板在爆破位置垮落，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)效果不是很明顯，不能很好確定其試驗(yàn)效果；②第二組預(yù)裂爆破前現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)621進(jìn)順懸頂達(dá)8 m。預(yù)裂爆破過(guò)程很順利，也未出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象。截止當(dāng)天4點(diǎn)班頂板從施工預(yù)裂孔以里1 m處垮落，試驗(yàn)效果明顯；③根據(jù)一、二組預(yù)裂效果比較，選擇第二組預(yù)裂參數(shù)，每米裝藥4節(jié)，每根聚能管端頭封堵炮泥，封孔選擇上端采用將炮線裝入1 m聚能管再裝炮泥的方式進(jìn)行封堵。

2.2 綜采工作面初采初放期間的預(yù)裂試驗(yàn)

工作面概況：1004綜采工作面位于十盤(pán)區(qū)，主采2#煤層，煤層平均厚度2.2 m。采用綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板，采用MG2×200/925-AWD型電牽引采煤機(jī)落煤，采用ZY6800/11.5/24型掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。1004工作面長(zhǎng)度235 m，推采長(zhǎng)度1 754 m。 2#煤偽頂為炭質(zhì)泥巖，回采時(shí)隨煤層一起冒落。直接頂為粉砂巖，平均厚度 2.44 m。老頂為中粒砂巖細(xì)粒砂巖，平均厚度10.18 m。采煤工藝流程為割煤-裝煤-移架支護(hù)-推移運(yùn)輸機(jī)。兩順槽超前支護(hù)采用成組超前支架支護(hù)。

預(yù)裂參數(shù)選擇：①選擇在1004工作面兩端頭超前支架尾部與端頭支架之間，副幫側(cè)孔呈“L”型布置。在初采初放前開(kāi)始預(yù)裂爆破，施工及質(zhì)量要求、其余技術(shù)參數(shù)與612工作面第二組試驗(yàn)參數(shù)一致；②預(yù)裂孔每根聚能管長(zhǎng)度1.5 m，裝藥量暫定為4+4+4，具體再根據(jù)預(yù)裂效果進(jìn)行調(diào)整；③預(yù)裂爆破使用雙向聚能管，外徑為 40 mm，內(nèi)徑為 38 mm，管長(zhǎng)1 500 mm。爆破采用三級(jí)煤礦乳化炸藥，炸藥規(guī)格為φ35 mm×200 mm/卷。雷管選用1～5段毫秒延期電雷管，MFB-100型發(fā)爆器。

表3 爆破預(yù)裂切縫試驗(yàn)參數(shù)表

注：每根聚能管端頭封堵炮泥；封孔上端采用將炮線裝入聚能管再裝炮泥的方式進(jìn)行封堵。

預(yù)裂效果分析：①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟班觀察、初采初放記錄和礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析可知，4點(diǎn)班1004工作面直接頂開(kāi)始大面積冒落，直接頂初次冒落步距為12.7 m(10.3+6.6-4.2)；②根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，直接頂冒落后支架工作阻力出現(xiàn)短暫下降后開(kāi)始緩慢上升，至次日4點(diǎn)班達(dá)到峰值。次日4點(diǎn)班生產(chǎn)結(jié)束后支架工作阻力開(kāi)始急劇下降，并隨回采呈周期性變化。由此判斷，次日4點(diǎn)班工作面出現(xiàn)老頂初次來(lái)壓，老頂初次來(lái)壓步距為19.7 m(17.3+6.6-4.2)，如圖1所示；③根據(jù)1005進(jìn)順高位鉆場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，次日8點(diǎn)班后高位甲烷濃度數(shù)據(jù)上升明顯，其中1#高位鉆場(chǎng)6#鉆孔濃度為60%，7#鉆孔濃度為57%，18日、19日2#高位鉆場(chǎng)也出現(xiàn)大幅度上升，如圖2、圖3所示。這說(shuō)明老頂來(lái)壓后頂板裂隙帶發(fā)育明顯，成為采空區(qū)游離瓦斯的抽采通道，這從側(cè)面印證了老頂初次來(lái)壓的判斷。

圖1 1004綜采工作面初采初放期間支架工作阻力曲線

圖2 1#高位鉆場(chǎng)鉆孔甲烷濃度變化折線圖

圖3 2#高位鉆場(chǎng)鉆孔甲烷濃度變化折線圖

3 結(jié)論

(1)共布置爆破預(yù)裂孔44個(gè)，分別對(duì)工作面兩端頭、 錨索支護(hù)范圍頂板進(jìn)行了爆破預(yù)裂。從預(yù)裂效果看，明顯縮短了采煤工作面初采初放直接頂初次垮落步距、老頂初次來(lái)壓步距，對(duì)初采期間頂板及時(shí)冒落起到了積極作用，解決了上下隅角懸頂問(wèn)題。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與分析，確定了爆破預(yù)裂的孔距、裝藥量與封孔長(zhǎng)度及施工工藝，為采煤工作面爆破預(yù)裂頂板提供了技術(shù)依據(jù)。

(3)將先進(jìn)的爆破預(yù)裂技術(shù)，應(yīng)用于綜采工作面初采初放、正?；夭善陂g頂板管理，可有效地解決綜采工作面懸頂問(wèn)題，保障采煤工作面的安全生產(chǎn)。