马兰矿18506工作面初采期卸压放顶技术研究

张　斌

(西山煤电股份有限公司 马兰矿，山西　太原　030205)

1　卸压意义及工作面简介

采煤工作面初采期间顶板垮落步距大，易造成冲击地压、压架、片帮、瓦斯积聚等诸多安全问题，因此《煤矿安全规程》第105条规定：采煤工作面用垮落法管理顶板时，必须及时放顶，顶板不垮落、悬顶距离超过作业规程规定的，必须停止采煤并采取人工强制放顶或者其他措施进行处理。马兰矿18506工作面，切眼总长250 m， 距离切眼后上方的水平错距96 m、垂高约70 m处，有一条南八南九胶带运输大巷，18506工作面示意图见图1.为了确保18506工作面回采期间，该运输大巷不在覆岩破坏范围内，同时也为了顶板及时垮落而不造成其他安全问题，需要对18506面初采期间进行卸压和强制放顶。

图1　18506工作面示意图

2　顶板卸压技术研究现状

2.1　顶板注水卸压技术研究现状

注水弱化顶板技术有顶板高压注水及顶板低压注水两种。顶板高压注水即从工作面顺槽或者专门工艺巷道向顶板打孔并且注入高压水。高压水能够对顶板岩石进行软化或压裂，增加和扩展顶板原始裂隙。高压水在岩体中形成压力坡降，使水更好地在岩体中透过裂隙、节理、层理及其他弱面，在岩体中产生物理和化学作用，目前这种方法已经成为国内外坚硬顶板处理的主要方法之一。顶板静压注水即提高顶板含水量，借此降低顶板的强度，达到缩小顶板垮落步距的目的，即可避免强烈来压现象，但使用该方法的前提是顶板岩石吸水性强，且吸水后其强度明显降低。

2.2　顶板爆破卸压技术研究现状

爆破弱化是用爆破的方法人为将顶板切断，使初次来压前的四边固支梁变为三边固支梁，可以使顶板提前断裂，达到卸压目的。目前爆破弱化的方法有循环式浅孔放顶、步距式深孔爆破、超前深孔爆破预裂顶板、地面深孔放顶。现有资料表明，在顶板爆破卸压方法中，因深孔爆破预裂顶板对工作面生产影响较小，且爆破效果较明显，得到了较为广泛的应用。

3　18506工作面切顶爆破参数

3.1　爆破裂隙扩展孔间距依据

由于A组炮孔较深，建议采用d50 mm的凹槽筒爆破；而B组炮孔需将顶板崩落且炮孔较浅，因此B组采用d63 mm凹槽筒爆破，可将锚索等支护体充分毁坏。A组深孔爆破所用爆破筒d50 mm，炮孔d85 mm；B组炮孔采用爆破筒d63 mm，炮孔d94 mm.根据声学近似原理，煤岩体中的柱状药包爆炸在不耦合装药条件下，计算得裂隙区半径为Rp=4 160 mm，考虑爆破的目的仅为弱化顶板，则确定炮眼间距为8 m.

3.2　炮孔布置方案

本次施工两排炮孔，根据顶板岩层位置及炮孔倾斜角度，A组炮孔深度40 m，仰角60°,向前摆角5°;B组炮孔深30 m，仰角30°,沿切眼方向平行布置，见图2.如果在打孔过程中遇到岩石松散破碎区域，可根据实际顶板破碎情况，确定是否需要打孔爆破。

图2　18506工作面炮眼布置示意图

每组炮孔孔口沿切眼顶板呈直线形排列，A、B成对布置、每隔8 m布置一对炮孔，炮孔编号分别为A1～A32、B1～B32，为便于施工A组紧贴煤壁前帮顶板开口，B组孔距切眼后帮煤壁2 m即可，A、B两组孔排距约6 m.

A组孔按75 mm孔径、填装d50 mm爆破筒，每米装药量约1.5 kg；B组孔按94 mm孔径，为了将锚索等支护体毁坏，填装d63 mm爆破筒，则每米装药量约2.5 kg.

3.3　工程量及工期安排

本次切眼炮孔总长度约1 280(75 mm孔径)+960(94 mm孔径)=2 240 m，装药总长度约1 632 m，共需炸药3 248 kg，见表1.

表1　切眼爆破炮孔参数表

A组炮孔的打钻、装药、爆破均在切眼刷扩时进行，基本不影响安装进度。B组炮孔的打钻可跟着切眼刷扩进行，但装药、爆破需待工作面向前推进2 m时进行。

4　爆破预裂效果观测

1) 爆破弱化顶板前后，分别对顶板钻孔进行窥视。爆破前钻孔壁比较完整，爆破后钻孔壁出现了较多的碎片、微裂缝和较大的裂缝。 窥视结果表明爆破对顶板岩石起到了有效的致裂弱化作用。

2) 爆破预裂后，18506工作面基本顶初次来压步距为12.5 m，比未实施爆破断顶的工作面分别提前了11 m，大幅度降低了因顶板来压步距大造成的安全隐患。

5　结　论

马兰矿18506工作面顶板爆破预裂处理后，不仅避免了由于顶板垮落步距大而影响南八南九运输大巷稳定性，而且避免了18506综采工作面通风困难、上隅角瓦斯浓度高、来压时出现压架与片帮等灾害，对于煤矿安全、高效、可持续开采有着十分重要的意义。

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