郭曉波

（山西長治郊區(qū)三元南耀小常煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

0 引 言

煤礦生產(chǎn)中，受回采方案、地質(zhì)斷層、采空區(qū)等因素影響，工作面可能出現(xiàn)刀把形、扇形等非規(guī)則形狀。對于扇形的采斜工作面，其回采速度慢、設(shè)備回撤困難、頂板控制難度大，因此，采斜工作面回采時(shí)應(yīng)根據(jù)不同狀況制定針對性措施[1-4]。旋轉(zhuǎn)工作面是指，當(dāng)工作面回采至設(shè)定拐點(diǎn)位置時(shí)，機(jī)尾當(dāng)作固定圓心不再向前推進(jìn)，機(jī)頭以刮板輸送機(jī)長度為半徑做弧形運(yùn)動(dòng)，由此形成扇形工作面。但這種回采方式容易在回風(fēng)上隅角形成較高濃度的瓦斯積聚，為保障井下安全高效生產(chǎn)，需在斜采時(shí)制定相應(yīng)技術(shù)方案[5-9]。

經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐，采用頂板爆破預(yù)裂技術(shù)可削弱頂板的整體性，使扇形區(qū)域頂板內(nèi)裂隙快速發(fā)育，并隨著回采推進(jìn)而垮落，從而避免回風(fēng)隅角瓦斯超限。本文結(jié)合小常煤業(yè)30217工作面實(shí)際情況對該問題進(jìn)行研究。

1 工作面及頂?shù)装甯艣r

小常煤業(yè)30217工作面采用常規(guī)矩形斷面，寬6.8 m，高3.0 m，面積20.4 m2。工作面傾向長度170 m，方位角145°，沿煤層底板掘進(jìn)，巷道標(biāo)高+5—518 m，采用錨網(wǎng)（索）+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)。30217工作面在旋轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)，回風(fēng)順槽靠近圓心，在旋轉(zhuǎn)回采區(qū)間，其長度基本不變。

小常煤業(yè)30217工作面所采煤層位于山西組中下部，該煤層結(jié)構(gòu)簡單，總厚度平均6.6 m，含夾矸0~3層，夾矸厚0.10~1.00 m，該煤層為獨(dú)立泥炭沼澤聚積，煤層傾角平均1.5°，為黑色塊狀或粉末狀，光亮型煤居多，區(qū)域內(nèi)煤層穩(wěn)定可采。工作面頂?shù)装甯艣r見表1。

表1 煤層頂?shù)装甯艣rTable 1 Coal seam roof and floor overview

2 采斜工作面頂板處理方式

由表1可知，工作面直接頂平均厚度為2.35 m，老頂平均厚度為6.6 m，因此老頂厚度大、強(qiáng)度高，不易及時(shí)垮落。另外，由于30217是扇形工作面，因此機(jī)頭至機(jī)尾各部分的回采推進(jìn)速度并不相同，機(jī)頭部分液壓支架頻繁移動(dòng)，而機(jī)尾部分基本不動(dòng)，機(jī)頭區(qū)域內(nèi)偽頂?shù)氖軌籂顟B(tài)變化頻繁，基本隨采隨落，但上部頂板并不會(huì)完全垮落，裂隙發(fā)育較多。在此情況下，由運(yùn)輸順槽而來的新鮮風(fēng)流將裂隙內(nèi)涌出的瓦斯不斷帶向回風(fēng)順槽一側(cè)，造成回風(fēng)上隅角瓦斯積聚和超限，進(jìn)而引發(fā)瓦斯安全事故。針對這一問題，采煤人員應(yīng)采取人為措施進(jìn)行強(qiáng)制放頂。

通過人為措施可對頂板的賦存狀態(tài)和巖層強(qiáng)度等進(jìn)行弱化，加速其垮落。常用措施包括高壓注水和鉆孔爆破，前者是指通過向頂板內(nèi)注入高壓水，促使巖層內(nèi)裂隙快速發(fā)育，從而加速頂板垮落；后者是指通過在頂板上鉆孔放炮，人為切斷或碎裂頂板。由于爆破法可對冒放范圍和角度等進(jìn)行較為準(zhǔn)確的控制，因此較為適合處理旋轉(zhuǎn)回采形成的采空區(qū)扇形頂板[10-12]。

根據(jù)爆炸條件及范圍，此次爆破將30217工作面旋轉(zhuǎn)開采部分分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行布置，如圖1所示。所有炮孔均采用深孔預(yù)裂爆破。

圖1 30217工作面旋轉(zhuǎn)回采區(qū)域分布Fig.1 Rotary mining area distribution of No.30217 Face

3 頂板爆破預(yù)裂技術(shù)方案

3.1 基本方案

30217工作面旋轉(zhuǎn)部分的區(qū)域1是從32017運(yùn)輸順槽起至距離32017運(yùn)輸順槽92 m處止。各點(diǎn)鉆孔布置在液壓支架之間，炮孔深度10 m。通過鉆孔爆破使30217旋轉(zhuǎn)工作面區(qū)域1的頂板完全垮落，充填采空區(qū)，減少漏風(fēng)，消除工作面回風(fēng)上隅角瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)。

區(qū)域2包括距離運(yùn)輸順槽92~128 m處，鉆孔仍布置在液壓支架之間，炮孔深度10 m。

區(qū)域3包括距離運(yùn)輸順槽128~170 m處，鉆孔深度10 m。為防止回風(fēng)上隅角瓦斯超限，同時(shí)保護(hù)30217工作面回風(fēng)大巷存在的高位瓦斯抽放鉆孔，采用水炮泥消焰方式裝藥。

3.2 炸藥安裝孔布置

在工作面各綜采設(shè)備安裝后，30217旋轉(zhuǎn)工作面初采前，沿工作面老塘側(cè)巷幫鉆一排炸藥安裝孔。30217旋轉(zhuǎn)工作面區(qū)域1每天進(jìn)刀6刀（單次進(jìn)刀距離0.6 m），沿著工作面第一排豎排炮眼起爆后，每隔1 d引爆1次，安裝孔具體布置方式如圖2（a）所示，最外側(cè)炮孔沿巷道延伸方向距離7.2 m，沿半徑方向距離4.5 m（巷道部分距離3 m）。

在30217旋轉(zhuǎn)工作面初采前，沿32017旋轉(zhuǎn)工作面老塘側(cè)巷幫打一排眼，工作面每天進(jìn)刀6刀，至沿著工作面第一排豎排炮眼起爆后，每隔2 d引爆1次。安裝孔布置方式如圖2（b）所示，最外側(cè)炮孔沿回采推進(jìn)方向距離為5 m，沿半徑方向距離4.5 m。

炸藥安裝孔布置要求同區(qū)域1、2，每隔3 d引爆1次，安裝孔布置間距等如圖2（c）所示，沿半徑方向距離為4.5 m。

圖2 炸藥安裝孔布置Fig.2 Explosive installation hole layout

3.3 鉆孔及裝藥參數(shù)

根據(jù)前期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，炮孔直徑選定為42 mm，炸藥直徑為35 mm，徑向裝藥不耦合系數(shù)為1.2，區(qū)域1鉆孔及裝藥參數(shù)見表2。

表2 區(qū)域1鉆孔及裝藥參數(shù)Table 2 Drilling and charging parameters in Area 1

爆破使用的炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，自制為軟體炮棍，藥卷規(guī)格尺寸φ35 mm×200 mm，每卷炸藥重200 g。雷管采用煤礦許用毫秒延期雷管。由于小孔徑鉆孔采用常規(guī)導(dǎo)爆索不易安裝，因此提出采用雙雷管進(jìn)行引爆，兩雷管分別安裝在炸藥段的中部和尾部。雷管在孔外采用并聯(lián)連接，并在炮眼口用刻有淺槽的木塞固定，放炮母線必須絕緣良好，并且懸空吊掛，其最終裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 區(qū)域1炸藥孔裝藥結(jié)構(gòu)Fig.3 Explosive hole charge structure in Area 1

區(qū)域3鉆孔及裝藥參數(shù)見表3。

表3 區(qū)域3鉆孔及裝藥參數(shù)Table 3 Drilling and charging parameters in Area 3

除采用雙雷管引爆外，考慮到回風(fēng)大巷周邊有高位瓦斯抽放鉆孔，為防止發(fā)生瓦斯爆炸，在炸藥孔處布置消焰材料。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)選用水泡泥袋，水炮泥用聚乙烯塑料袋封裝，可起到降焰、消塵、吸收有毒有害氣體等作用。其裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 區(qū)域3炸藥孔裝藥結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)單位m）Fig.4 Explosive hole charge structure in Area 3(data unit m)

4 應(yīng)用效果

在30217扇形工作面，按上述參數(shù)實(shí)施頂板爆破預(yù)裂后，周期破斷距離縮短至約10 m，3個(gè)區(qū)域的頂板隨每日爆破計(jì)劃實(shí)施而逐次垮落，未在扇形區(qū)形成裂隙發(fā)育的較大懸頂。同時(shí)，回風(fēng)上隅角的瓦斯監(jiān)測也表明，該區(qū)域?qū)嵤╉敯灞坪?，瓦斯?jié)舛容^爆破前降低約54.8%，而且沒有出現(xiàn)由此引發(fā)的設(shè)備停機(jī)故障，有力保障了生產(chǎn)安全。

5 結(jié) 論

（1）根據(jù)放頂條件要求，適宜采用頂板爆破預(yù)裂技術(shù)，將30217工作面旋轉(zhuǎn)開采部分分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行爆破布置，所有炮孔均采用深孔。

（2）根據(jù)爆破區(qū)域所處扇形段位置，合理布置炮孔間距、深度、裝藥量等參數(shù)，并按要求控制炸藥量和放炮周期。需注意在回風(fēng)大巷附近的爆破區(qū)域，為防止發(fā)生瓦斯爆炸，應(yīng)在炸藥孔內(nèi)布置消焰材料。