中厚煤层预裂爆破切顶卸压主要参数研究

张东平

（山西焦煤霍州煤电集团公司店坪煤矿，山西 吕梁 033100）

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术是采用爆破技术预裂顶板，利用采空区矿山压力沿切缝线切顶，形成短臂梁顶板；利用主动支护对预留巷道上覆基本顶岩体进行支撑，控制基本顶的回转和下沉变形，实现卸压作用；切落的顶板岩体形成巷帮，从而保留工作面下顺槽，作为邻近工作面上顺槽使用，改变传统长壁开采一面双巷模式，实现一面单巷模式。

双向聚能张拉爆破技术是切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术中的关键环节，先后在全国150多个薄煤层矿井中的破碎顶板、坚硬顶板、复合顶板条件下得到成功应用并推广。基于店坪煤矿中厚煤层复合顶板岩性，根据不同的岩性，分段设计，研究出最佳装药结构及装药参数，切断巷道基本顶与采空区顶板之间的联系，形成短臂梁，降低留巷顶板压力、减小巷道变形量，保证巷道满足下工作面直接复用的目的。

1 工程概况

9-302综采工作面位于三采区左翼，工作面东为井田边界，西为系统大巷，南为304工作面（未采），北为210工作面采空区。工作面标高822～909m，地面标高1082～1215m，工作面面长220m，可采煤层为5#煤层，煤层厚度为2.8～3.2m，均厚3.1m，煤层倾角为1～6°，属于缓倾斜煤层。采用单一走向长壁式采煤法采煤，综采采煤工艺、全部垮落法管理采空区顶板。采用110工法自动成巷技术，设计留巷巷道为3022回风巷，设计留巷长度为1644m。顶底板岩性特征见表1。

2 切顶爆破施工设计

2.1 切顶眼施工范围

（1）距302切巷口44～83m范围非行人侧。

（2）距302切巷口83m处在3022巷顶板横向施工1排切顶眼。

（3）距302切巷口84m处开始，行人侧施工至停采位置。

2.2 机具和爆破材料规格

（1）切顶眼钻机规格：DCA-45型钻机，采用直径为50mm的专用钻头。

（2）爆破材料规格：BTC-1500型聚能管，外径42mm，内径36.5mm，管长1500mm；二级乳化炸药，药包外径Ф35mm，长200mm。

表1 顶底板岩性特征

2.3 切顶眼施工及爆破要求

2.3.1 切顶眼设计

（1）距302切巷口44～83m范围：切顶眼布置在9-3022巷非行人侧顶板上距煤壁帮100mm处，与垂直巷道夹角为17°，切顶眼深度为9m，间距为500mm。

（2）距302切巷口83m处：切顶眼横着巷道布置，与铅垂线夹角为17°（向老山侧方向），切顶眼深度为9m，间距为500mm。

（3）距302切巷口84m处开始，施工至停采位置：切顶眼布置在3022巷煤壁侧顶板上距煤壁帮100mm处，与铅垂线夹角为17°（向煤壁侧方向），切顶眼深度与间距按照顶板岩性分段布置：

① 302切巷口84～300m段，切顶眼深度为9m，间距为500mm；

② 300～700m段，切顶眼深度为12m，间距为400mm；

③ 700～1644m段，采用深浅孔组合，深孔深度为13m，浅孔深度为3m，间距为200mm（两个深孔之间增加一个浅孔）。

2.3.2 切顶眼施工要求

（1）按照设计要求，沿煤壁侧巷道顶板准确标出各钻孔位置，钻孔表面布置在一条直线上。

（2）调整钻机位置，使钻机钻臂（即钻杆）与铅垂线呈17°夹角。

（3）使用直径为50mm 的专用钻头，按照上述角度，在巷道顶板钻孔标注位置准确定位，并进行钻进施工，准确操作钻机，保证成孔平直度。

2.3.3 切顶眼爆破施工要求

采用聚能拉张切缝爆破方法，按照设计要求，进行6+1（装药4个眼加1个空心眼）、8+1（装药8个眼加1个空心眼）的装药方式爆破施工，具体施工要求如下：

（1） 切顶眼经检验合格后进行装药爆破，装药采用不耦合装药，正向爆破，串联放炮。

（2） 根据爆破设计要求， 3022巷分段进行爆破，装药的方式为3-2-2-2-1、4-3-2-3-2-2。

以3-2-2-2-1为例说明具体装药方式:每孔眼内安装4根聚能管；每根聚能管内装二级乳化炸药，最上一根聚能管内装3卷药，第二、三聚能管内分别装2卷药，最底下一根聚能管内上部装2卷药，下部装1卷药，共计10卷药；第一、二、三根聚能管内各装一个雷管，第四根聚能管内装两个雷管，然后将所有雷管串联，用一根15m长的脚线连接最上一根雷管的一条脚线引至眼口，再用一根2m长的脚线连接最下一根雷管的一条脚线引至眼口，然后用炮土封口（根据顶板岩性，直接顶较稳定时，封泥长度不小于2m，直接顶较硬时，封泥长度不小于1.5m，遇顶板破碎段直接顶较软时，封泥长度为3m），将每孔脚线串联起来进行起爆，一次最多起爆8个孔。钻孔爆破装药方式随着顶板岩性变化情况及窥视仪对钻孔爆破效果检测结果进行调整。

（3）浅孔装药方式为3-1，安装1.5根聚能管，封泥长度1m。

（4）炮孔封泥封孔前，调整聚能管切缝方向与切顶线一致，调整完毕后方可封泥。

3 爆破效果

（1）试验表明，采用单孔爆破时，孔内装药量的多少直接影响预裂效果，当药量加大时，孔内出现垮塌，孔口崩塌，造成顶板支护失效，给安全带来影响；当药量降低时，孔内裂隙达不到要求，预裂效果差，不能切断采空区顶板与巷道顶板直接的连接，工作面推过后，采空区内顶板悬顶面积增大，压力传递到超前段，造成巷道片帮变形。

（2）采用深浅孔组合的爆破方式，减少了深孔内的药量，而将减少的药量装进浅孔内进行爆破，增加了爆破自由面，从而实现较好的预裂效果，同时也解决了因药量的多少控制不好，杜绝了顶板支护破坏，实现了安全生产。如图1所示。

图1 爆破窥视图

4 结论

（1）在切顶卸压自动成巷无煤柱开采施工中，采用双向聚能张拉爆破进行顶板预裂，根据不同的岩性，调整切顶眼深度、调整装药方式及装药量，能够取得较好的预裂效果。

（2）根据顶板岩性变化及窥视仪对钻孔检测效果，发现深孔爆破后封泥段预裂效果差，在700～1644m段施工深浅孔组合爆破，保证深孔封泥段预裂效果。

（3）根据回采推进留巷段垮落情况综合分析，能够切断巷道顶板与采空区顶板之间的连接，工作面推过后，采空区内顶板垮落及时充分，卸压效果明显。

（4）通过留巷效果看，采用深浅孔组合爆破段，留巷巷道顶板下沉量较原来降低20%，保证了留巷效果。