王海銳

（山西焦煤霍州煤電集團公司店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

0 引 言

無煤柱工作面在回采過程中受回采應(yīng)力影響，沿空留巷頂板出現(xiàn)破碎、下沉、冒落現(xiàn)象，為了保證工作面安全高效回采，必須對沿空巷道頂板實施超前預(yù)裂，切斷留巷巷道頂板與采空區(qū)直接頂、基本頂?shù)穆?lián)系，削弱留巷過程中采空區(qū)頂板對留巷頂板的應(yīng)力傳遞，保證采動影響區(qū)域留巷巷道的圍巖穩(wěn)定；本文以霍州煤電呂梁山煤電有限公司店坪煤礦9-204工作面為例，對沿空巷道提出了雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)技術(shù)，并根據(jù)巷道頂板煤巖性情況，對爆破參數(shù)、爆破工藝分析對比及優(yōu)化，從而達到預(yù)期爆破預(yù)裂效果。

1 概 述

店坪煤礦9-204工作面位于830水平南翼，工作面標(biāo)高：+828-+930，埋深174～369m。工作面北部為202工作面，東部為實煤區(qū)，南部為206工作面，西部為830水平大巷，如圖1所示。

204工作面工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為3.1m，平均傾角為4°，屬于緩傾斜煤層，煤層相對穩(wěn)定，煤層內(nèi)含有多層夾矸，且以砂質(zhì)泥巖為主，厚度為0.2～0.35m。9-204工作面采用切頂卸壓自成巷技術(shù)，設(shè)計留巷巷道為2042巷，設(shè)計留巷長度為1644m。

圖1 店坪煤礦9-204工作面平面布置示意圖

店坪煤9-204工作面頂板及應(yīng)力條件極為復(fù)雜，工作面直接頂為泥巖，危險區(qū)段風(fēng)化軟化破碎嚴(yán)重，頂板巖性分布：自順槽頂板起向上依次為泥巖、砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖等，根據(jù)礦方原有資料顯示：直接頂泥巖為泥質(zhì)膠結(jié)、抗壓強度較低。根據(jù)9-204回風(fēng)巷掘進期間頂板揭露情況可知，巷道頂板局部存在破碎嚴(yán)重的特殊地質(zhì)條件，且巷道埋深較大，圍巖應(yīng)力高這都增加了爆破難度。若是采用常規(guī)爆破手段，勢必造成巷道頂板的大面積破壞，甚至出現(xiàn)冒頂?shù)葒?yán)重事故的發(fā)生，通過研究決定采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)。

2 雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)原理及優(yōu)點

2.1 技術(shù)原理

雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，主要采用具有聚能效果的特殊裝置—聚能管，此裝置能夠在聚能爆破的同時起到保護頂板完整性的作用，且同時使爆生物產(chǎn)生的應(yīng)力波沿著設(shè)定方向聚集并傳遞，頂板巖石的抗壓強度較低，其抗拉強度將會更低，這勢必會加速應(yīng)力在頂板巖石中的傳遞，在巖石張拉成型過程中，高集中程度的拉應(yīng)力破除了圍巖高應(yīng)力的阻礙，加速了頂板巖石的預(yù)裂成型，使頂板巖層預(yù)裂成一切縫面，達到設(shè)計方案要求，如圖2所示。

圖2 雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)原理圖

2.2 技術(shù)優(yōu)點

與傳統(tǒng)的炮孔切槽爆破、聚能藥包爆破及切縫藥包爆破等控制爆破技術(shù)相比，雙向聚能拉張成型控制爆破主要具有以下優(yōu)點：

1）鉆孔工程量?。豪昧藥r體高壓低拉的特性，相應(yīng)加大了炮孔間距，在同等爆巖方量上減少了炮孔鉆進工作量。

2）圍巖破壞性低：最大程度地保護了圍巖，減少圍巖受炮震、沖擊波及爆生氣體作用，大大地減少了圍巖損傷，提高工程巖體的支護穩(wěn)定性。

3）成本費用低：炸藥單耗少，綜合成本低，經(jīng)濟和社會效益顯著；

4）操作施工簡單：雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)無需改變原有鉆爆操作工序，只需在周邊眼中采用雙向聚能裝置裝藥即可，其它炮眼裝藥結(jié)構(gòu)不變，操作工藝簡單，易于在現(xiàn)場推廣使用。

3 雙向聚能爆破預(yù)裂施工方案選擇及效果分析

3.1 施工方案選擇

頂板預(yù)裂爆破效果直接影響著切頂卸壓自成巷的效果，為了掌握雙向聚能爆破預(yù)裂最佳裝藥結(jié)構(gòu)及裝藥參數(shù)、切斷沿空巷道頂板與采空區(qū)上覆巖層的應(yīng)力傳遞、最大限度地減小沿空巷道頂板下沉量、降低巷道頂板壓力，店坪煤礦決定通過現(xiàn)場試驗合理確定爆破預(yù)裂施工方案。現(xiàn)場試驗方案：首先根據(jù)前期頂板窺視結(jié)果，進行連孔爆破試驗，確定連孔最佳裝藥量及最佳空氣柱的長度，確定一次最佳起爆爆破孔的個數(shù)。

1）方案一：爆破鉆孔與沿空巷道走向布置，鉆孔深度為8.0m，鉆孔間距為5.0m，與鉛垂線夾角為15°（向煤壁側(cè)方向），每個鉆孔安裝4根長度為2.0mPVC聚能管，鉆孔內(nèi)采用“3+2+2+2”裝藥方式，如圖2所示，每卷乳化炸藥規(guī)格為φ30×300mm，單孔裝藥量為2.7kg，一次允許起爆炮孔數(shù)量為4個。

圖3 方案一雙向聚能爆破裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2）方案二：爆破鉆孔與沿空巷道走向布置，鉆孔深度為9.0m，鉆孔間距為5.0m，與鉛垂線夾角為17°（向煤壁側(cè)方向），每個鉆孔安裝5根長度為2.0mPVC聚能管，鉆孔內(nèi)采用“3+2+3+2+1”裝藥方式，如圖4所示，每卷乳化炸藥規(guī)格為φ30×300mm，單孔裝藥量為3.3kg，一次允許起爆炮孔數(shù)量為5個。

圖4 方案二雙向聚能爆破裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3）方案三：爆破鉆孔與沿空巷道走向布置，鉆孔深度為9.0m，鉆孔間距為5.0m，與鉛垂線夾角為19°（向煤壁側(cè)方向），每個鉆孔安裝5根長度為2.0mPVC聚能管，鉆孔內(nèi)采用“4+3+4+3+2”裝藥方式，如圖5所示，每卷乳化炸藥規(guī)格為φ30×300mm，單孔裝藥量為4.8kg，一次允許起爆炮孔數(shù)量為6個。

圖5 方案三雙向聚能爆破裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

以上三種不同方案切縫參數(shù)試驗后，對試驗孔頂板影響程度及采用窺視儀對試驗爆破孔圍巖破裂情況觀察發(fā)現(xiàn)，采用第三種方案后，位于沿空巷頂板往上6.0m～9.0m段巖體裂隙發(fā)育率達85%，巷道頂板成型穩(wěn)定性好，受爆破施工影響小，爆破距離超前工作面30m可達到最佳狀態(tài)，所以204工作面沿空巷決定采用第三種雙向聚能爆破預(yù)裂施工方案

3.2 應(yīng)用效果分析

1）截止 2019年 3月，9-204工作面已回采600m，沿空巷共計爆破施工70個雙向聚能預(yù)裂孔，通過爆破后對沿空巷頂板下沉情況及采空區(qū)垮落效果觀察發(fā)現(xiàn)，采用雙向聚能爆破預(yù)裂施工后，巷道堅厚頂板按設(shè)計方向?qū)崿F(xiàn)了破裂效果，隨著工作面推進垮落，形成短臂梁，填充密實，杜絕了因懸頂造成頂板下沉量增大，幫臌量增大等現(xiàn)象；

2）204工作面在回采過程中在沿空巷形成超前應(yīng)力區(qū)（0～30m）、架后破壞區(qū)（采空區(qū) 0～100m），成巷穩(wěn)定區(qū)（采空區(qū)100m后）三個圍巖應(yīng)力區(qū)，采用

雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)后切斷了頂板應(yīng)力傳遞現(xiàn)象，使超前應(yīng)力區(qū)頂板最大下沉量控制在0.17m以下，頂板采用大變形恒阻錨索進行維護即可；架后破壞區(qū)頂板下沉量相對增大，最大下沉量為0.22m，采用“大變形恒阻錨索+單體液壓支柱（不戴帽）+U型鋼可縮支柱緊壓菱形網(wǎng)”聯(lián)合支護可對巷道圍巖進行維護；在成巷穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，巷道圍巖應(yīng)力趨于穩(wěn)定，頂板最大下沉量控制在0.1m以下，且可逐漸回收單體柱。

4 結(jié) 論

1）雙向聚能張拉爆破過程中，在較弱的巖層中，應(yīng)控制裝藥量，否則孔內(nèi)出現(xiàn)塌孔，在較硬的巖層中，應(yīng)加大裝藥量，保證能夠出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的裂縫。

2）當(dāng)直接頂較薄，切縫進入老頂時，切縫對上方未貫穿巖層的拉裂作用將對老頂破斷產(chǎn)生一定的影響。直接頂較厚，切縫未進入老頂時，將不會對老頂破斷產(chǎn)生影響。

3）當(dāng)切縫未影響老頂破斷時，與未切縫相比，切頂后上覆巖層垂直活動空間減小，破斷巖層總數(shù)及未破斷巖層下沉量減小，減小下位巖體承擔(dān)的荷載，有利于切頂成巷穩(wěn)定性控制。