深孔预裂爆破切顶技术的研究与应用

李涛 潘磊

山东泰山能源有限责任公司翟镇煤矿 山东泰安 271004

1 概述

采煤工作面直接底为厚1.70-1.85m的灰黑色粉砂岩；直接顶为厚度0.5-1.0m的泥灰岩，基本顶为厚度10.43-10.67m的粉砂岩。根据《采煤工作面顶板分类标准》，直接顶属2a类顶板，为中等稳定顶板；基本顶属Ⅰ类（压力不明显），顶板结构整体为“拱梁式”结构，无大厚度坚硬顶板，矿压显现不明显。经观测，工作面推进9m后直接顶垮落；工作面推进21m后出现初次来压，周期来压步距在9-12m之间[1]。

采煤工作面在轨道巷进行沿空留巷，留巷长度约780m，掘进时巷道进行了起底，靠巷道上部安设单轨吊梁，用以进料等。轨道顺槽采用锚带网支护，矩形断面，净高2.4m，净宽4.0m，净断面9.6m2，回采期间主要作用为进料、进风、行人。为了更好的保证留巷效果，研究应用了沿空留巷深孔爆破切顶技术。

2 技术路线

2.1 预裂眼打设

为保证留巷效果，确保留巷侧老塘顶板充分冒落，采用超前预裂爆破施工，在现场选取5m、6m和8m三种眼深进行对比试验，并分别选取铅垂线向下20-25°，45-60°为打眼度进行对比分析。

2.2 爆破药卷制作

将炸药均匀充填至聚能管内，聚能管安装专用配套固定块，制作合格的爆破聚能管。

2.3 预裂爆破施工

将聚能管装填至爆破孔内，聚能管内不大于2米一发同段号电雷管，一次爆破5眼，封堵不小于2.7米的炮泥，依次起爆顺序，确保预裂爆破裂缝一条线。

2.4 爆破效果检查

放炮后对爆破裂缝一条线检查，对爆破效果进行检查，对打眼、装药结构进行检查。

2.5 爆破效果检验

在沿空留巷内对岩石冒落情况进行检查，确定爆破后岩石是否按照预期爆破效果冒落，对爆破施工参数进行检验[2]。

3 结论

3.1 爆破效果

炮眼深5米，铅垂线向下20-25°：爆破后不再影响巷道支护，但放炮区域爆破孔变化不明显，爆破眼进入留巷区域后，支架后方易出现悬顶；炮眼深5米，铅垂线向下45-60°：爆破后不再影响巷道支护，但放炮区域爆破孔变化不明显，爆破眼进入留巷区域后，支架后方易出现悬顶；炮眼深6米，铅垂线向下20-25°：基本顶硬岩较薄时，爆破效果较为理想，基本顶硬岩较厚时，爆破效果仍不理想。

炮眼深6米，铅垂线向下45-60°：爆破后放炮区域产生崩裂缝，但支架悬顶冒落不充分，悬顶冒落面积变大后，易造成动压冲击；炮眼深8米，铅垂线向下20-25°：爆破后下部顶板岩层有小部分明细崩落，形成一个深0.2-0.5米的崩裂沟，顶板冒落不明显，爆破效果较为理想；基本顶硬岩较薄时（厚1.5m左右），使用6m眼深双炮头预裂爆破效果较为理想。基本顶厚度超过2m时，使用8m眼深三炮头预裂爆破，断顶冒落范围紧跟端头支架，有效切断采空区压力传递路径，可以较好保证留巷效果。

3.2 技术参数

（1）炮眼深度：8.0m；

（2）钻孔直径：42mm；

（3）炮眼间距：0.5m±0.1m；

（4）炮眼角度：铅垂线向下20-25°；

（5）聚能管装药密度：0.4kg/m；

（6）每根聚能药卷长度：≤2m，使用1个雷管；

（7）水泡泥：0.4m；

（8）封泥长度：≥2.0m且不小于炮眼深度1/3。

依据工作面顶板岩性、预裂爆破用途及试验效果，岩石冒落角度确定铅垂线向下20-25°为打眼度，间距0.5m打设8m爆破深孔，确保留巷侧顶板冒落效果。

4 创新点

（1）针对我矿采煤面直接顶、老顶岩性及锚索布置位置进行合理的预裂爆破角度设计，确定8m眼深、铅锤20-25°打设，即保护超前锚索支护、留巷内锚索支护强度，又确保了采空区岩石冒落角度，为高标准留巷打下基础。

（2）合理的炮眼间距布置，通过不同炮眼间距的优化，从0.8m优化至0.5m，确保了爆破裂缝的连续性，确保了爆破效果，实现了顶板“切得下”、“留的住”。

（3）高效爆破施工，通过装填聚能药卷，解决8m深孔爆破时煤矿许用水胶炸药定炮难题，利用聚能管可以将药卷装入炮眼底，减少爆破装填对生产的影响。

（4）炮眼封孔，使用木锲+铁制顶棍代替封孔器封孔，木锲+铁制顶棍封孔爆破效果好，相对于封孔器成本较低。

5 效果

（1）通过超前预裂爆破，实现工作面后部采空区岩石按设计要求冒落，防止留巷侧喷矸，为优化留巷侧巷帮支护打下了基础，现采用一排钢棚砌顶，减少了原垒设矸石砌顶，提高了留巷施工效率，实现了留巷对生产无影响。

（2）通过预裂爆破施工，有效切割留巷区域顶板岩梁面积，减少了锚索有效悬吊空间，减轻了留巷内支护压力，为留巷支护参数优化打下了基础，现采用2颗单体配金属铰接顶梁有效支护留巷空间，并实现了拖后工作面200m压力稳定区域支护材料全回撤，降低了留巷成本。

（3）通过预裂爆破实现简易高效留巷，为临近采煤工作面节约一条顺槽巷道，减少一条巷道掘进工程量，并能稳定矿井生产接续，矿井经营效益显著[3]。