地表深孔爆破卸压技术在资源整合矿井坚硬顶板综放工作面的应用

陈计珍

(山西省朔州市山阴县华夏煤业有限公司，山西 山阴 036900)

地表深孔爆破卸压技术在资源整合矿井坚硬顶板综放工作面的应用

陈计珍

(山西省朔州市山阴县华夏煤业有限公司，山西 山阴 036900)

华夏煤业井田有4层可采煤层，3号、4号、6号、9号、11号中的3号煤层不可采。4号煤层在资源整合前已基本采完，且大多采用落后的“以掘代采”回采工艺，4号煤层顶板基本没有正常垮落。资源整合后，首采工作面设计6号层1161工作面，为确保浅埋煤层综放工作面安全生产，避免4号层采空区老顶来压形成二次冲击危及6号层1161工作面人身安全及损坏设施、设备，造成全矿井风流逆转事故。现以华夏煤业6号煤层1161综放工作面为例，实施地表深孔预裂爆破卸压技术，达到破坏顶板的完整性，使其周期性阶梯垮落，减少老顶悬空面积实现安全生产。

深孔爆破；坚硬顶板；综放工作面

华夏煤业6号煤层1161工作面位于井田西部，是本矿第一个综采放顶煤工作面，其地面标高l 622～1 550 m，煤层底板标高1 480～1460 m，上覆岩层厚度142～90 m，松散层厚度15～35 m，黄土覆盖处多为耕地。4号煤层顶板，多为中硬岩石和坚硬岩石。6号煤层底板为泥岩、粉砂岩、炭质泥岩。煤层柱状图，见图1。

1161工作面倾斜长度180 m，走向长度570 m，煤层平均厚度8 m，储量114.9万t，可采储量92万t。本文对坚硬顶板的预裂设计方案进行简要概述,包括顶板预裂的方案分析和顶板的相关预裂爆破的方案分析。

1 坚硬顶板的预裂设计方案

由于4号煤层为坚硬顶板，强度很高，而且节理和裂隙不发育，具有自稳性强与整体性好等特点。但在开采过程这些特点却易造成大面积的悬顶。为了减少该类隐患，必须对顶板做些处理改变其物理力学性质，减小顶板的悬露面积,保证施工安全。通常用的办法就是爆破弱化，人为地利用爆破方法将顶板切断,使具有一定厚度的顶板冒落转换为矸石垫层。可减小顶板垮落的面积，缓解顶板垮落时的巨大冲击波。此矸石垫层还可减少顶板冒落时的冲击波与风暴。现在爆破弱化的常用方法有：井下有步距深孔爆破、浅孔放顶、地面深孔放顶、超前深孔预裂爆破等。

结合1161工作面在开始推进130 m时4号煤层坚硬老顶二次来压形成飓风损坏安全设施、造成支架大量埙坏、工作面进风巷风流瞬间逆转事件的教训,现对6号煤层1161首采工作面的4号煤层坚硬老顶采用超前地表深孔预裂爆破方式，对顶板的完整性进行预先破坏，缩小顶板初次来压的步距与周期来压的步距，减小来压强度。该方案实施前，已对1161工作面上覆4号煤层老空区进行详细探查，无瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体。

2 爆破的具体工艺

1）钻孔方式、钻孔布置、技术要求：使用重庆产XY—4型钻机，配合50 mm钻杆、75 mm钻头、垂直钻孔。打钻工艺为:钻机的搬迁与安装→作业的准备→具体定位→启动钻孔→加钻杆→钻进→退出钻杆→记录钻探数据。打钻过程中一定要严格执行打钻的操作规程,还要制定好相应的安全技术措施,保证施工安全。图2为钻孔剖面示意图。

2）钻孔间距20 m、排距20 m，按五花眼布置，钻孔终孔位置在4号煤顶板向上5 m左右。

3）钻孔施工完成时必须对所有钻孔编号，孔口位置做好醒目标记（白漆或黄漆）对钻孔质量进行验收，并一一对应登记。

4）使用炸药、雷管、导爆索型号、规格、数量：采用煤矿许用炸药（三号乳化粉状炸药），规格50 mm×500 mm，重量1 kg/卷，按每孔装药25 m计算，每孔重量50 kg使用煤矿许用瞬发电雷管和导爆索。为确保爆破效果采用2发雷管2根导爆索串并联，按每孔2发。装药量按照孔深的1/3长度装药。孔底距采空区留的岩石厚度要大于5～6 m，如小于5～6 m时，适当减少装药量，防止与采空区导通。必须采用双导爆索，双雷管（瞬发雷管即可），以保证放炮效果。孔口要留500 mm长的空间，每根导爆索绑扎一个雷管，2个雷管并联接到母线上，然后将绑扎雷管的导爆索塞到孔内，再用炮泥把孔封实。

5）炮眼封泥要求：炮泥采用粘土掺20%的水量,均匀搓成长500 mm直径50 mm的长条，不可太干，否则影响爆破效果。封孔必须密实，孔内除装药段外，剩余部分全部用炮泥封孔，封孔要密实。放炮采取分组连线，分组启爆。要求警戒距离和放炮距离不小于500 m。严格按照设计要求装药放炮，雷管、炸药和导爆索的装、运必须执行《煤矿安全规程》(2006版)中的规定。

3 预裂爆破效果和结论

1）预裂爆破效果：1161综采工作面累计推进160 m时实施地表深孔爆破（其中机头进163 m，机尾进157 m），工作面27～68架顶板切顶；19～68架煤壁片帮；45～55架顶板破碎掉矸，工作面个别支架压力显示42 MPa，其余支架压力显示均在30 MPa左右；采空区顶板垮落充分，充填高度超过采高的1.5倍以上(大部分超过6 m)。

2）准备充分，有的放矢：为了吸取1161综采工作面推进130 m前初次来压产生飓风的教训，矿方委托专业钻探队伍进行地表深孔预裂爆破前期准备工作，共打孔17排170个，工作面地表为丘陵地段的孔深77～130 m，超前距离不小于工作面10 m开始进行深孔预裂爆破工作。爆破声音不大，未产生较大的冲击波，对支架未造成任何损害。经矿有关部门验收，爆破后顶板垮落长度、高度、宽度均符合设计要求，达到了预期目的。

3）梯次垮落，空间减小：经过深孔预裂爆破，工作面采空区顶板的完整性得到很大破坏，直接顶随采随落，充填高度都超过支架高度。采空区深处老顶开始垮落共10次，垮落强度较小，煤尘量减小，工作面中部有轻微片帮产生，工作面支架压力显现正常，未见明显增大现象，采空区及顶板无涌水淋水现象。

4 结束语

综上可知，浅埋煤层综采放顶煤工作面，上层煤因落后采煤工艺，没有正常垮落的顶板，采用地面深孔爆破技术对上层煤老顶进行爆破，基本上可实现顶板预裂目的,防止了下层煤工作面由于顶板瞬间的大面积来压形成的二次冲击、所引发的一些破坏,可以保证工作面作业人员与综采设备的安全,可为工作面的正常作业提供安全、高效的生产环境。

Application of Unloading Technology of Surface Deep-hole Blasting on Hard Roof Fully-mechanized Mining Face after Resource Integration

CHEN Jizhen
（Huaxia Coal Co.,Ltd.,Shuozhou 038400,China）

In the coal field of Huaxia Coal Co.,Ltd.,4 coal seams could be mined(No.4,No.6,No.9 and No.11),and No.3 seam could not.No.4 have been almost mined out before resource integration. Besides,on No.4 seam,out-of-date caving method was used in the most parts and its roof did not collapse normally.After the integration,the first mining face would be No.1161 working face of No.6 coal seam in order to ensure safe production of the fully-mechanized mining on shallow-buried coal seam and to avoid the second impact caused by the main roof pressure from the mined-out area in No.4 coal seam,which could threaten the personnel and facilities and could cause flow reversal accidents.In this study,taking No. 1161 working face as an example,surface deep hole blasting to relieve pressure is implemented to achieve the completeness of the broken roof and their periodic and gradual collapse,which could reduce the area of suspended roof and realize the safe production.

deep hole blasting;hard roof;fully-mechanized working face

TD712

A

1672-5050（2015）01-0064-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.021

编辑：刘新光

2014-08-11

陈计珍（1976-），男，山西岚县人，大学本科，工程师，从事煤矿一通三防与地质防治水工作。