李 杰

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

0 引 言

煤礦井下綜采工作面在堅硬頂板賦存的條件下，往往會遇到頂板垮落步距大、落山懸頂面積大等問題，當(dāng)大面積懸頂頂板突然垮落時會對井下作業(yè)人員人身安全和工作面機電設(shè)備造成嚴(yán)重危害。根據(jù)西銘礦8 號煤層開采情況，由于其頂板普遍含一層厚度較大、賦存穩(wěn)定的石灰?guī)r，在工作面回采過程中經(jīng)常會出現(xiàn)機尾落山懸頂面積大于2×5 m2的情況，造成來壓步距大、局部瓦斯積聚以及其他潛在安全隱患；因此，為確保在工作面割煤移架后頂板能夠正常垮落，需要提前對堅硬頂板進行弱化處理。

1 工作面基本情況

西銘礦始建于1956 年，隸屬山焦西山，地處山西省太原市萬柏林區(qū)西銘一帶，距市中心約20 km。太佳公路穿過井田，并建有鐵路專線，交通極為便利。井田東西、南北長度分別為16.9、4.2 km，面積56.29 km2。核定產(chǎn)能3.60 Mt/a，屬于高瓦斯，水文地質(zhì)類型中等。

48703 工作面位于北七采區(qū)右翼，北部與隨老母斷層相鄰，間距5～15 m；南部與采區(qū)回風(fēng)巷相鄰；西部與已回采的48705 工作面采空區(qū)相鄰；東部為未開采實體煤。其上部有2、3 號煤層采空區(qū),其北部局部上覆巨成礦小窯2 號煤層采空區(qū)。8 號煤層與2、3 號煤層的層間距分別為94、67 m。工作面蓋山厚度范圍236～418 m，平均327 m。48703 工作面傾斜長215 m，所采8 號煤層上部夾石厚1.4～2.8 m，平均2.1 m，巖性為頁巖或砂質(zhì)頁巖；8 號煤上分層厚度0.55～0.65 m，平均0.6 m；下分層煤層厚度2.9～3.1 m，平均3 m；傾角范圍2°～8°，平均5°；煤層硬度2～3。直接頂為厚度0.77～3.79 m，平均厚度3.08 m 石灰?guī)r,頂板完整性好，巖性極為堅硬。

2 定向預(yù)裂爆破技術(shù)

本次所采用的定向預(yù)裂爆破設(shè)計是將礦用炸藥安裝到已設(shè)好方向的聚能管之中，在聚能管的聚能作用之下，起爆炸藥之后可在未設(shè)方向上的炮孔周邊巖體被均勻受壓，并且已設(shè)好方向上的巖體也可以在爆破作用下更好地受到拉應(yīng)力，加之巖體有著不受壓但受拉的顯著特性，因此定向預(yù)裂爆破可以使得巖體在爆破之后被拉斷裂。

定向預(yù)裂爆破技術(shù)具備施工簡便、成型效果好、所需爆破材料少等一系列優(yōu)點，通過定向爆破所產(chǎn)生的集中拉應(yīng)力可以使得巖體出現(xiàn)良好的斷裂效果，此外利用聚能管還能起到保護炮孔周邊巖體不受爆破影響的效果；因此，定向預(yù)裂爆破技術(shù)不僅能夠產(chǎn)生良好預(yù)裂爆破效果，還可以保護目前正在使用巷道的整體性和穩(wěn)定性。

3 定向預(yù)裂爆破方案

3.1 炮眼布置

48703 工作面采用一進一回的巷道布置方式，即單軌吊巷和皮帶巷，巷道尺寸均為4.8 m×3.8 m（寬×高）。隨工作面的推進，在2 條回采巷道超前支架外，提前對頂板進行打眼，切巷切頂眼于巷道方向垂直布置，眼深4.0 m，眼距0.6 m，排距2.4 m，向采空區(qū)方向與頂板成75°夾角；順巷切頂眼距煤柱幫0.5 m 處打一列與巷道方向平行布置，眼深4.0 m，眼距0.6 m，方向為垂直于頂板打設(shè),炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置示意圖

炮孔打眼采用ZDY3600L 型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機施工，鉆頭φ50 mm。48703 工作面可采走向長874 m，距停采線15 m 范圍和兩巷構(gòu)造段前后10 m 范圍不進行定向爆破施工，預(yù)計皮帶巷、單軌吊巷施工順巷炮眼各1 290 個，共計2 580 個。

3.2 爆破參數(shù)

1）裝藥方式：巷道切頂眼進入第3、第4 組超前支架時，進行裝藥放預(yù)裂震動炮施工。從孔底聚能管開始裝藥并安設(shè)雷管和引線，采用正向裝藥，每眼裝4 卷火藥，裝好藥后，先裝0.1 m 的黃土，后用聚能爆破定向桿調(diào)整聚能管切縫方向與巷道方向一致，調(diào)整完畢后裝水炮泥，再用黃土封口，封泥長1.0 m。封口時用木炮棍封嚴(yán)搗實炮眼。

2）聯(lián)線方式：由爆破工親自操作，采用串聯(lián)方法聯(lián)接，并檢查爆破母線的完好狀況，聯(lián)好后要重新檢查一次，確認(rèn)無誤后，方可放炮。

3）爆破方式：放炮采用串聯(lián)起爆，一次裝藥，一次起爆，嚴(yán)禁一次裝藥分組放炮。

圖2 所示為炮眼充填示意圖。

圖2 炮眼充填示意圖

4）臨時支護：放炮施工后及時將端頭支架的防片幫護板打出升緊。若爆破后頂板有離層現(xiàn)象采用單體破板梁支護，破板的一端采用DZ-4200 型單體液壓支柱距梁頭0.3 m 處打設(shè)，另一端用支架的頂梁和片幫支設(shè)。圖3 所示為爆破臨時支護示意圖。

圖3 爆破臨時支護示意圖

4 預(yù)裂爆破安全措施

為保證48703 工作面堅硬頂板定向預(yù)裂爆破現(xiàn)場施工安全，還需要制定以下幾個方面的安全措施：

1）打眼前必須進行“敲幫問頂”，且打眼人員要站在頂板完好段進行打眼，并在所打眼位置進行拉線，保證所打放頂頂眼成1 條直線。在施工鉆孔下風(fēng)側(cè)5～10 m 處安設(shè)瓦斯傳感器，吊掛位置距頂≤300 mm，距側(cè)壁200～500 mm，實現(xiàn)瓦斯電閉鎖。施工人員在作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)有頂板掉碴等隱患時，必須處理掉隱患后，方可繼續(xù)作業(yè)。

2）在固定、移動、安裝鉆機時，鉆機的操作手把必須置于零位并進行機械閉鎖，嚴(yán)防事故發(fā)生。在鉆機行走過程中，要有專人負(fù)責(zé)在鉆機行走前方3 m范圍內(nèi)設(shè)置好警戒，嚴(yán)禁無關(guān)人員通過；在鉆機轉(zhuǎn)彎過程中，要時刻注意觀察周圍作業(yè)環(huán)境，避免撞傷作業(yè)人員或損壞膠管等零部件。

3）嚴(yán)禁在切頂線5 m 范圍內(nèi)打眼放炮，裝藥前和放炮前后要認(rèn)真檢查瓦斯?jié)舛?，?dāng)瓦斯?jié)舛冗_到0.8 %時不得進行作業(yè)。爆破前必須將T0、T1、TCO等各種探頭及其信號線撤到爆破點70 m 外的地方，待放炮完畢后再將其移回。放炮地點的支架及其配套設(shè)施必須事先用皮帶、大柱帽等保護好，防止放炮崩壞液壓管路、立柱及操縱閥等，放炮后如發(fā)現(xiàn)有損壞的液壓管路、立柱及操縱閥等，必須先進行修復(fù)后方可繼續(xù)作業(yè)。

4）定向爆破施工期間，必須由跟班隊長、工長現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，嚴(yán)格把關(guān)，并保證爆破質(zhì)量。切頂眼爆破預(yù)裂施工結(jié)束后，要及時檢查超前段的支護情況，發(fā)現(xiàn)支護減弱時必須及時補打好支護后方可開始組織生產(chǎn)，否則嚴(yán)禁生產(chǎn)。

5）爆破作業(yè)前停止液泵，工作面不得送電；定向預(yù)裂爆破必須在超前支護內(nèi)完成，嚴(yán)禁在切頂線附近進行放炮；正副巷放炮嚴(yán)禁同時進行。

6）端頭柱、切頂柱與戧棚要升緊升牢采用細(xì)鋼絲繩互相連好，達到初撐力，并保證迎山有力。在工作面回采過程中，必須及時將頂幫錨片拆除回收，有利于頂板垮落。

5 工業(yè)性試驗

對48703 工作面回采過程當(dāng)中進行礦壓監(jiān)測，數(shù)據(jù)顯示在工作面兩巷實施定向預(yù)裂爆破后，頂板周期來壓步距可由實施之前的21 m 左右減少到15 m 左右，此外兩巷在工作面回采期間也未出現(xiàn)明顯變形破壞；因此，通過在48703 工作面實施堅硬頂板定向預(yù)裂爆破技術(shù)，不僅可以減小工作面頂板來壓步距，還可以保證正在使用回采巷道的圍巖穩(wěn)定性，從而達到保證工作面安全高效回采的目的，可以推廣到西銘礦其他8 號煤層工作面堅硬頂板條件下的回采工作當(dāng)中。