王志飛

（山西宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045000）

陽煤五礦煤層頂板厚度大且堅硬，不能隨工作面的推進及時垮落，造成煤壁前方超前壓力較大。8504工作面回風順槽礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板下沉量及兩幫移近量超過極限，造成支護失效。因此，探索采用鉆孔卸壓的方式降低8504工作面回風順槽的礦壓顯現(xiàn)。

1 概況

陽煤集團五礦位于陽泉市以南平定縣境內，所采煤層為15#煤層，走向北東，傾向南東，傾角2°～20°，平均傾角約為6°，平均厚度8.28m，含矸兩層。煤層基本頂為中粒砂巖，厚度8.22m，灰白色，上部中砂巖，中部顆粒較粗，向下逐漸變?yōu)榉凵皫r；直接頂為砂質泥巖，厚度4.94m，灰黑色，質均一，水平層理發(fā)育，斷口貝殼狀；直接底為泥巖，厚度2.85m，灰色，上部夾0.20m的炭質泥巖，向下部含粘土質較多，富含植物根部化石；基本底為細粒砂巖，厚度4.11m，灰色，層理不明顯。

8504工作面位于五采區(qū)，標高+460～+530m，工作面走向長度約920m，工作面回風順槽布置在8504、8506工作面之間，8506工作面已經開采完畢，如圖1所示。在8504工作面推采過程中，8504工作面回風順槽巷道圍巖有明顯的收縮、片幫、底鼓現(xiàn)象，對正常通風和安全生產產生了非常嚴重的影響，分析其原因可能是煤層頂板厚度大、堅硬，因此應當采用切頂卸壓的方式，對頂板進行卸壓，以保證8504回風順槽的完整性。

2 切頂卸壓護巷方案設計

2.1 切頂高度設計

為使8504工作面頂板垮落的矸石能夠充分填充采空區(qū)，工作面最小切頂高度H可根據如下公式（1）計算：

式中：

H-采空區(qū)所需最小放頂高度，m；

M-煤層采高，取4m；

KP-頂板巖層碎脹系數，取1.25～1.35。

經計算，放頂高度范圍為：11.42～16m。

由于工作面直接頂厚度約為4.94m，基本頂厚度約為8.22m，為保證切頂卸壓效果，結合現(xiàn)有的工程實踐經驗及頂板巖層破斷規(guī)律的研究，決定采用切頂高度為15m。

圖1 工作面位置示意圖

2.2 炮眼布置

沿8504工作面回風順槽內每5m布置一組炮眼，每組布置3個炮眼，組內炮眼間距2m，如圖2（a）所示。選取回風順槽200m為試驗巷道，布置22組，共計66個炮眼。炮眼位置距離護巷煤柱約1.0m，與水平方向成60°夾角，如圖2b所示，炮孔長度約為17.3m，炮眼直徑為75mm。

圖2 炮眼布置示意圖

2.3 鉆孔裝藥引爆施工流程

（1）采用CMS1-1300/22煤礦用坑道鉆機按照上述設計進行炮孔施工，鉆機配備Ф42mm的鉆桿及Ф75mm的金剛石鉆頭。

（2）由機電工人將工作面及回風順槽內所有電氣設備進行停電閉鎖，在停電閉鎖后，再派專業(yè)人員檢查確定，確保所有電氣設備停電閉鎖。

（3）檢查鉆孔位置周圍30m范圍內的瓦斯?jié)舛取⑼L效果、支護狀況等，如發(fā)現(xiàn)問題立即匯報并采取相應措施，確保爆破地點安全施工。瓦斯?jié)舛葯z測貫穿整個施工環(huán)節(jié)。

（4）在裝藥之前，率先將頂板破碎的煤矸石提前放出，防止在爆破時對施工人員造成威脅，并進行“敲幫問頂”。在鉆孔下方搭建裝藥施工作業(yè)平臺，工人站立在施工平臺上作業(yè)時需要系好安全帶并指派人員對平臺進行固定。首先檢查炮眼是否變形，是否影響裝藥；在確定炮眼完好后，分三組同時進行裝藥，每組負責一個炮眼。

（5）裝藥前先將炸藥裝入預先準備好的爆破筒中，然后將爆破筒送入確定可用的炮眼內部。由于該炮眼深度較大，為了能夠更方便快捷地完成裝藥作業(yè)，防止出現(xiàn)殘炮、拒爆現(xiàn)象，特選用Ф50mm的凹槽爆破筒，使用專用炮棍進行炮眼填裝。凹槽是為了保證雷管的腳線不被破壞，保證所有安設的雷管不受破壞。裝藥采用分段式裝藥方法，即：將爆破筒4、5連在一起視作一段送入炮眼最底部，然后將爆破筒2、3視作一段送入炮眼中，最后將爆破筒1送入炮眼，如圖3所示。為了防止爆破筒在重力作用下下滑，在爆破筒中下部約20mm處設置倒刺。在送入爆破筒時，需要提前在爆破筒2、4的中間位置鉆取直徑為10mm的圓孔，用于放置雷管。每個爆破筒的距離端頭10mm的位置分別鉆取直徑為3mm的圓孔，并通過連接扣將每節(jié)爆破筒相連起來。雷管從爆破筒中引出后和放炮母線連接，將放炮母線放入爆破筒的凹槽中，并使用膠帶進行固定，之后使用炮棍把每組爆破筒依次塞入孔內。

圖3 多段炸藥安裝結構示意圖

（6）完成裝藥后，將剩余炮眼用炮泥封孔，封孔長度約為7.5m，采用PN-A型炮泥機制作直徑為60mm、長度為200mm的炮泥。封孔時先將三節(jié)炮泥塞入炮眼內，然后用炮棍搗實，在搗實過程中必須保護母線不受破壞。

（7）起爆順序由鉆孔內部向外，使用FMB-200型起爆器，一次最多起爆3個炮孔，分組裝藥，分組爆破。一茬炮采用炮孔間串聯(lián)、炮孔內雷管并聯(lián)的連線方式，每個作業(yè)班必須完成本班所裝炮眼的全部引爆，不準留給下一個作業(yè)班引爆。

（8）當靠近工作面的第一個炮孔距離8504工作面煤壁大約20m，對該組炮孔進行裝藥并引爆，并確保所有炸藥全部引爆，以防發(fā)生二次爆炸。

3 工程實踐

在8504工作面回風順槽切頂卸壓試驗段和非試驗段分別布置測點，采用十字交叉法監(jiān)測回風順槽頂板及兩幫移近量，監(jiān)測結果如圖4所示。

圖4 巷道圍巖移近量變化規(guī)律

從圖4中可以看出，隨著測點距離工作面距離的減小，頂板移近量、兩幫移近量均有所增加。未卸壓段頂板移近量最大值約為580.8mm，卸壓段頂板移近進量最大值為490.99mm，相比于未卸壓段下降了15.46%；未卸壓段兩幫移近量最大值約為350.76mm，卸壓段兩幫移近量最大值為194.87mm，相比于未卸壓段下降了44.46%。數據對比可以看出鉆孔爆破切頂卸壓對巷道圍壓控制的有效性及爆破鉆孔參數的合理性。

切頂前后8504工作面采空區(qū)場景如圖5所示。

圖5 采空區(qū)切頂前后場景對比圖

圖5（a）為8504工作面切頂處理后采空區(qū)的場景圖，圖5（b）為8504工作面切頂處理前采空區(qū)的場景圖。從圖中可以看出：切頂前后頂板垮落對比非常明顯，切頂處理后切斷了采空區(qū)側向懸臂，使頂板隨采隨垮，切頂效果良好，再次說明爆破鉆孔參數的合理性。

4 結 論

通過對陽煤五礦8504工作面回風順槽圍巖變形特征分析，結合現(xiàn)場地質條件，采用鉆孔爆破的方式對頂板進行切頂卸壓，控制巷道圍巖變形。實踐表明：切頂卸壓后8504工作面回風順槽圍巖變形得到明顯控制，頂底板移近量下降15.46%，兩幫移近量下降44.46%。對比切頂前后采空區(qū)實際狀況也能很明顯地看出切頂后頂板垮落非常明顯，充分證明了炮眼布置參數的合理性及切頂卸壓的有效性。