艾友煤矿6111综采面顶板预裂爆破研究

丁小淇 孙凯

摘要：文章分析了艾友煤矿6111综采面顶板预裂爆破工艺的适用条件和参数要求，介绍了顶板预裂爆破工艺的施工方法，并结合实践经验，阐述了施工中影响顶板预裂爆破效果的各种关键问题，为进一步完善顶板预裂爆破技术，提高6111综采工作面的作业效率提供了科学依据和理论指导。

关键词：综采面顶板；顶板预裂爆破技术；坚硬顶板；悬臂梁；顶板强度

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0087-03

1 6111综采工作面顶板预裂爆破概述

1.1 顶板预裂爆破原因

老顶初次来压过后，随着工作面的推进，顶板来压显现出一定周期性，称为老顶周期来压。 周期来压是在老顶初次来压之后，支架上老顶后方悬空，只有一端支撑在煤壁上，老顶相当于悬臂梁，不考虑其他因素，老顶跨距达到老顶初次来压跨距时就会垮落，由于采动影响，老顶已经出现裂隙，整体性遭到破坏，因此，在很短的跨度内就会垮落，造成来压，因为跨度小，产生的危害较初次来压小了很多，但周期来压对工作面的回采依然会产生很大影响。6111综采面在开采期间，周期压显现明显，出现了压死支架现象，对职工的人身安全产生了威胁，对回采效率也造成了一定的影响。因此采用顶板预裂爆破技术来缓和顶板冒落时形成的冲击问题（详见6111面顶板预裂爆破前后支架压力表工作阻力观测值对比）。

1.2 顶板预裂爆破在煤矿综采工作面中的应用

顶板预裂爆破是指通过爆破方式将坚硬顶板强度降低，使顶板在移架后，在后方立即冒落，顶板冒落后而形成矸石垫层的工艺技术。该工艺可以控制顶板的冒落面积，较适合来压强烈的坚硬顶板，缓和其冒落时形成的冲击问题。由于我矿煤层的赋存条件复杂，6111综采工作面顶板属于来压强烈的坚硬顶板，因此对6111综采工作面顶板预裂爆破工艺的研究和完善就更加具有现实意义。实践中顶板预裂爆破主要采取采前预裂爆破的方式，是指在工作面前方顶板打眼爆破，使顶板预先松动，并在工作面采后自行冒落的方法。

1.3 顶板预裂爆破的适用条件及参数要求

1.3.1 适用条件顶板预裂爆破需要工作面顶板满足以下要求：顶板具有较高的完整性且岩性坚硬，从切眼顶板初次垮落测算起，正常回采3m内直接顶冒落不充分或不垮落的工作面。

1.3.2 参数要求满足适应条件的工作面应根据直接顶、老顶的厚度及其岩性特征确定放顶施工的具体方案。根据煤层综合柱状图，分析6111综采面的顶板岩性，可确定6111综采面回采过程中应采取预裂爆破技术，对初次来压和周期来压期间的顶板进行有效控制，尽可能使冒落的矸石基本充满采空区，以起到支持上覆岩层的作用，在实现工作面随采随落作业目标的同时，有效缓解顶板垮落的冲击强度，降低有害气体的积存，降低瓦斯涌出事故的风险性。深孔预裂爆破施工中应保证各种材料部件（火药、电雷管、放炮线等）满足设计要求，以确保爆破的安全性及其效果，如火药采用矿用三级水胶炸药，雷管为毫秒电

雷管。

炮眼位置、间距、角度、深度及装药量等参数均应根据顶板的岩性特征合理确定，如炮眼位于回采一定距离后支架顶梁与前梁交接处，通常回采10～12m开始打眼作业，坚硬程度高的顶板其炮眼间距应小一些。

2 顶板预裂爆破工艺的施工方法

2.1 爆破前的准备工作

炮眼施工利用工作面检修设备期间进行，备齐所需材料、工具（如MQT-130锚索钻机、套钎、水泡泥、黄泥、火药等）；将工作面支架升实达到初撑力（30MPa），找掉帮顶浮石伞檐，运输机、采煤机停电，检查风动链接装置是否齐全可靠。

2.2 炮眼布置

根据6111综采面煤层综合柱状图，每隔3台支架布置一个炮眼，炮眼以两排3m与两排10m循环进行，孔径>42mm的深孔预裂，对预裂深度予以控制。由于该工作面为仰采，巷道坡度为5°～7°，所以炮眼和顶板夹角在84°左右，炮眼装药系数和炮泥封口长度则应符合《煤矿安全规程》规定。

图1 6111工作面上下顺槽顶板岩性写实图

2.3 装药方法及药量规定

装药工具采用一端头用树脂胶灌0.3m长，直径30mm索头的10m锚索索芯。10m深炮眼每孔装药3kg，封泥长度1.5m。3m深炮眼每孔装药0.9kg，封泥长度1.2m。

2.4 爆破方法

爆破采取单眼爆破的方式。放炮前，工作面、回风流及爆破可能受影响区域的所有人员必须撤离至距放炮地点100m以外的进风流中。先爆破回风侧一段，向进风侧逐个爆破，直至爆破工作结束。

3 顶板预裂爆破工艺中应注意的问题

3.1 合理安排工序

为保证爆破安全和顶板预裂爆破的效果，放炮作业应合理安排各道工序，尽可能缩短施工时间，通常应将整个放顶过程控制在2～4h之间，并须严格执行“一炮三检”与“三人连锁放炮”制度的落实，做好各种保护措施以确保操作人员的安全。

3.2 爆破效果

装药过程中应注意一定要将火药装到眼底，不能出现装药不到位的情况，以此确保爆破效果，防止出现崩坏工作面直接顶，造成掉顶事故的发生。

图2 3m放顶眼布置示意图

图3 3m放顶眼装药结构示意图

图4 10m放顶眼布置示意图

图5 10m放顶眼装药结构示意图

3.3 双雷管起爆

顶板预裂爆破过程中还可能出现雷管损伤造成瞎炮，从而影响爆破效果；为保证爆破效果可采用双雷管起爆一个孔的炸药，雷管分别放在第5个药和第10个药里。

3.4 调整风量

相关操作人员必须重视这些影响爆破效果的重要细节。此外，大量炸药一次起爆时，可能导致工作面及回风流中CO浓度提高，当有毒气体达到1～1.5分时，将严重污染井下空气，并同时导致围岩松动破坏，因此还应及时调整工作面风量，并对污染物进行有效控制。

4 结语

作为综采工作面的常用工艺技术，顶板预裂爆破效果显著、操作简单、适用范围广，不但可用于处理来压强烈的坚硬顶板，对一些稳定直接顶的初放处理也非常适用。操作人员应在全面掌握顶板岩性特征的基础上科学设置爆破方案及各项参数，以成熟、完善的技术确保井下作业的安全。

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作者简介：丁小淇（1988—），男，河北丰宁人，辽宁省阜新矿业集团艾友煤矿采矿助理工程师，研究方向：采矿工程；孙凯（1972—），男，辽宁铁岭人，辽宁省阜新矿业集团艾友煤矿采矿助理工程师，研究方向：采矿工程。