張恒軍，王 磊，曾柯植

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城273500）

1 工作面概況

63 上06 綜采工作面位于東灘煤礦南翼六采區(qū)中部，北鄰63 上05 工作面（采空區(qū)），南鄰63 上07工作面（未開采）。工作面的兩順槽相互平行，北側(cè)的順槽作為軌順，軌順巷中與63 上05 運順巷中間距9.5m 布置，南側(cè)的順槽作為運順，運順與軌順巷中間距265.0m 布置；切眼運順端頭位于風氧化帶邊緣，軌順側(cè)較運順側(cè)向西調(diào)斜30m；設(shè)計停采線暫定軌順側(cè)與63 上05 工作面停采線平齊（位于運順聯(lián)巷中交點以西20m），運順側(cè)較軌順側(cè)向東調(diào)斜20m。軌順長1 456.0 m，運順長1 489.0 m，工作面總面積338 916.0m2。工作面標高：-605.0～-668.4 m/-636.7m；地面標高：+48.63～+51.51/+50.07m；埋深：653.63～719.91m。

圖1 63 上06 工作面平面位置示意圖

2 地質(zhì)概況

工作面回采山西組3 上煤層。3 上煤，黑色，玻璃光澤，階梯狀斷口，條帶狀結(jié)構(gòu), 內(nèi)生裂隙發(fā)育；煤層結(jié)構(gòu)復雜，底板之上1.80～2.30m 處發(fā)育一層厚0.02～0.03m 的泥質(zhì)粉砂巖夾矸，沉積穩(wěn)定，為重要回采標志層。

3 上煤層厚度0.50～5.40m，平均5.20m，工作面西南部3 上煤被不同程度風化剝蝕，剝蝕區(qū)3 上煤層厚度0.50～5.10m，平均3.4m，對回采影響較?。幻簩觾A角西部較大，切眼處最大傾角達14°，東部較為平緩，整體平均傾角約4°。63 上06 工作面直接頂為泥巖粉砂巖，厚0～5.73m，平均2.58m，基本頂為中砂巖，厚5.49～40.30m，平均27.89m。

表1 煤層頂?shù)装鍫顩r表

3 63 上06 工作面沖擊危險性評價結(jié)果

東灘煤礦前期已委托遼寧工程技術(shù)大學對63上06 工作面采掘期間沖擊危險性進行了評價，得到以下結(jié)論：

1）63 上06 工作面沖擊地壓影響因素。63 上06工作面沖擊地壓危險的主要地質(zhì)因素包括：①煤層埋深；②煤巖物理性質(zhì)；③地質(zhì)構(gòu)造及煤層賦存條件變化；④上覆巖層結(jié)構(gòu)特征。主要開采因素包括：相鄰采空區(qū)；煤柱。

2）根據(jù)綜合指數(shù)法，63 上06 工作面采掘期間的沖擊地壓危險性指數(shù)均為Wt = 0.5，沖擊地壓危險狀態(tài)等級為弱沖擊危險性；工作面回采期間沖擊危險綜合指數(shù)為0.62，為中等沖擊危險，同時工作面的最大采深已經(jīng)超過發(fā)生沖擊地壓的臨界采深，具備了能夠發(fā)生沖擊地壓的應(yīng)力條件。

4 63 上06 工作面順槽頂板爆破的必要性

從工作面位置關(guān)系上，63 上06 工作面北鄰63上05 工作面采空區(qū)，南鄰63 上07 工作面（未布置），屬于單側(cè)臨空。工作面設(shè)計軌順巷中與63 上05 運順巷中間距9.5m 布置，在開采的過程中煤柱會有較大的應(yīng)力集中。同時，從63 上06 工作面煤層及頂?shù)装迩闆r可以看出，工作面老頂為厚5.49～40.30 m，平均27.89 m 的堅硬中砂巖，且3 上煤層頂板的沖擊傾向性均為弱沖擊傾向性，隨著工作面的開采老頂會逐漸彎曲、破斷，破斷過程中極大可能產(chǎn)生大能量事件（E＞105 J）。工作面內(nèi)存在褶皺、斷層的影響，這些因素增加了局部應(yīng)力集中，大大增加了發(fā)生沖擊地壓的可能性。因此，為了保證工作面的安全開采，降低礦震大能量事件的概率，東灘煤礦進行63 上06 工作面的爆破斷頂技術(shù)研究是非常必要的。

5 頂板深孔爆破的目的

根據(jù)63 上06 工作面綜合柱狀圖，結(jié)合鉆孔資料分析，3 上煤上方的基本頂中砂巖平均厚27.89m，由于工作面邊緣處基本頂形成懸梁，未充分垮落，因此，決定對63 上06 工作面軌順進行頂板深孔卸壓爆破，從而降低沖擊地壓風險，并減小區(qū)段煤柱的應(yīng)力集中。同時為后期63 上06 工作面回采后，避免采空區(qū)和63 上07 邊緣基本頂形成懸梁，使頂板充分垮落，提前在63 上06 運順進行頂板深孔卸壓爆破。

6 研究內(nèi)容

1）深孔斷頂爆破技術(shù)參數(shù)。基于煤巖層綜合柱狀圖，利用礦山壓力、巖石力學、爆炸力學以及損傷力學等理論，計算63 上06 工作面深孔斷頂爆破的合理技術(shù)參數(shù)。

2）深孔斷頂爆破的工業(yè)性試驗。針對63 上06工作面特殊的煤巖層條件、工作面位置特點，研究頂板深孔爆破的工藝，制定現(xiàn)場的實施方案，并在選定區(qū)域開展工業(yè)性試驗。

3）深孔斷頂爆破的效果考察。通過現(xiàn)場鉆屑量、鉆孔應(yīng)力在線、鉆孔窺視以及微震數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析頂板深孔爆破前后的各參量變化（側(cè)重考查大能量礦震事件），從而判斷上覆頂板巖層的破斷狀態(tài)，并對爆破效果進行評價。在此基礎(chǔ)上，必要時對爆破參數(shù)進行進一步優(yōu)化。

4）深孔斷頂爆破的現(xiàn)場大范圍實施以及技術(shù)總結(jié)。基于優(yōu)化后的爆破參數(shù)，在63 上06 工作面順槽區(qū)域開展斷頂爆破，降低大能量礦震事件的概率，保證東灘煤礦63 上06 工作面的安全生產(chǎn)。

7 頂板深孔爆破參數(shù)

1）炮眼深度。63 上06 工作面軌道順槽內(nèi)直接頂厚度為0～5.73 m， 加上老頂厚度后達到5.49～46.03 m，平均厚度為30.47 m，因此，為了達到降低礦震/沖擊地壓的危險性目的，設(shè)計軌道順槽爆破高度為30 m，傾角為75°。

2）炮眼間距。為了確保爆破后巷道的支護效果，盡可能達到降低頂板垮落步距的目的。同時，針對63 上06 工作面軌道順槽頂板進行深孔爆破的目的是對臨近63 上05 采空側(cè)上覆堅硬頂板進行預(yù)裂，從而促進采空側(cè)頂板的垮落，另外，考慮到爆破后巷道的支護效果，實際爆破效果應(yīng)避免造成爆破裂縫的貫通，可將炮眼間距按照貫通裂隙所需間距（3.2 mm）的3～4 倍進行設(shè)計，因此，設(shè)計爆破孔間距設(shè)置為10 m。

3）參數(shù)確定。63 上06 工作面順槽內(nèi)直接頂厚度 為 0～5.73m，加上基本頂厚度后達到5.49～46.03m，平均厚度為30.47m，因此，設(shè)計順槽爆破高度為30m（垂高）。軌順鉆孔布置在不采幫距肩窩1.0～2.0m 位置頂板處，眼孔順巷道方向朝向63 上06 工作面采空區(qū)75°角度開孔；運順鉆孔布置在不采幫距肩窩0.5～1.0m 位置頂板處，眼孔朝向63 上06 工作面（采側(cè)）75°角度開孔。采用單排鉆孔，鉆孔間距10m，孔深31m。

注：鉆孔深度根據(jù)基本頂中砂巖確定，傾向深度為31m，鉆孔見煤時停止鉆進。

圖2 爆破孔布置示意圖

表2 頂板深孔爆破卸壓參數(shù)表

8 效果檢驗

63 上06 工作面卸壓爆破之后，及時對卸壓效果作出檢驗和評估。綜合檢驗的方法包括以下3 種：

8.1 應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)

應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)可以通過應(yīng)力計應(yīng)力的變化情況進行卸壓效果檢驗。監(jiān)測系統(tǒng)自動讀取壓力數(shù)據(jù)，并實時傳輸?shù)降孛婵刂剖?。也可以采用?shù)據(jù)處理軟件處理各應(yīng)力計的數(shù)據(jù)，作為評價應(yīng)力集中程度的依據(jù)。

通過卸壓爆破前后鉆孔應(yīng)力值的變化，爆破后鉆孔應(yīng)力值明顯降低，說明卸壓爆破取得了明顯的效果。

8.2 微震監(jiān)測系統(tǒng)檢驗

微震監(jiān)測系統(tǒng)是一種井下區(qū)域監(jiān)測預(yù)測方法，主要是根據(jù)震動釋放的能量，震動中心的位置，震動波形圖等確定和分析礦山震動進一步發(fā)展的趨勢，從而對可能發(fā)生的沖擊危險進行預(yù)測，記錄礦震的地震圖，確定已發(fā)生的震動參數(shù)。

頂板爆破區(qū)域大能量事件明顯減少，主要以小能量震源為主，說明卸壓爆破取得了明顯的效果。

8.3 頂板鉆孔窺視儀檢驗

頂板鉆孔窺視儀是用于檢測巷道頂板離層及工作面頂板巖層爆破后不同位置裂隙的發(fā)育程度的監(jiān)測方法，可以通過顯示器顯示出來。

圖3 爆破鉆孔相鄰孔中的裂隙分布

1）本次采用窺鏡觀測對爆破效果進行驗證，通過爆破后對觀測鉆孔進行對比分析，可清晰看出爆破后觀測鉆孔出現(xiàn)裂隙，說明距爆破孔5m 范圍內(nèi)巖層爆破后能夠出現(xiàn)巖層破裂，采用10m 間距布置爆破鉆孔滿足斷頂要求。

2）通過對驗證孔爆破后的觀測看出，爆破后孔內(nèi)巖壁裂隙范圍明顯擴大，在鉆孔表面有許多裂縫，裂隙傾向于軸向/豎直發(fā)育，能夠?qū)敯暹M行有效切割。

3）爆破前，孔內(nèi)裂隙存在于7～10m 和19～23m 2 個區(qū)段，爆破后，裂隙擴展為6.82～7.15m，15.36～21.98m，在28.77m 處增加了一段裂隙，基本頂內(nèi)部的一些原生裂隙擴大，且局部裂隙貫通，較好的起到斷裂頂板作用。

經(jīng)采用窺鏡進行觀測，63 上06 軌順采用深孔預(yù)裂爆破能夠起到切割頂板，為相鄰采空區(qū)懸臂梁及時垮落創(chuàng)造條件，起到降低本工作面?zhèn)认蛑螇毫ψ饔谩５唧w效果需要從下一步工作面進入爆破區(qū)域后，圍巖體變形縮量、沿空側(cè)支架載荷、側(cè)向支撐壓力等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

9 結(jié) 論

1）63 上06 工作面超前對兩順槽沖擊地壓危險區(qū)域進行了頂板深孔爆破卸壓施工，防沖治理工作的提前開展保證了生產(chǎn)的連續(xù)，生產(chǎn)過程中，防沖工作未影響工作面正常推進，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

2）實現(xiàn)了工作面安全回采，消除了防沖薄弱環(huán)節(jié)，避免了工作面應(yīng)力集中情況下生產(chǎn)，保證了現(xiàn)場施工人員安全。