某煤矿61202工作面爆破切顶卸压效果分析*

刘念全 陈 成 郑炎荣 赵向阳

（1.鄂尔多斯华兴能源有限责任公司；2.安徽理工大学矿业工程学院）

深孔预裂爆破技术在深部煤矿顶板处理和巷道围岩控制方面得到了广泛应用。郭鹏飞等［1］采用双向聚能张拉爆破技术，对巷道顶煤强度较小、直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合顶板进行了有效的预裂爆破。陈上元等［2］采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法，对预裂爆破切顶沿空成巷关键参数进行了系统研究。高玉兵等［3］提出一种深部巷道定向拉张爆破切顶卸压围岩控制技术，并运用数值模拟及现场试验等方法，对该技术的作用效果开展综合研究。李民族等［4］针对坚硬顶板条件下，实施定向预裂聚能爆破技术后存在钻孔浅部裂缝率低、架后悬顶大的难题，通过理论分析、数值模拟及现场监测，提出了深浅孔组合聚能爆破技术。何满潮等［5］为保证深孔预裂爆破切顶卸压沿空留巷技术在深部中厚煤层的成功应用，结合理论分析、数值模拟及现场实测等方法，对深部高应力复合破碎顶板切顶留巷关键参数展开研究。

针对某煤矿61202 工作面初采时初次垮落步距大、压力显现大、支护难度大和收作拆除周期长等问题，采用深孔预裂爆破技术对顶板进行切缝处理，改变顶板的结构和应力状态，从而实现减压初采，并从切缝效果和矿压显现2 个方面对爆破切顶卸压效果进行分析。研究成果可为煤矿类似问题提供借鉴。

1 工程概况

某煤矿61202 工作面北邻61201 工作面，南邻61203 工作面，具体位置如图1 所示，走向长度为1 907 m，宽度为240 m，回采煤层为6 煤，黑色，块状—粉末状为主，半亮煤为主，含暗煤和镜煤条带，属半暗—半亮型，煤层厚度为10.4～25 m，平均厚度为16.6 m，煤层倾角为0°～8°，平均为2°。工作面基本顶主要为细砂岩，平均厚度为8.76 m，以灰白色的石英长石为主，泥质胶结，呈次棱角状，分选性差。直接顶为粉细砂岩，平均厚度为2.8 m，灰色，砂泥质结构，断口参差状，见植物化石。直接底为泥岩，平均厚度为5.49 m，灰色，砂泥质或泥质结构，断口参差状，见植物化石。老底为粗砂岩，平均厚度为11.68 m，浅灰色，以石英、长石为主，分选磨圆中，钙泥质胶结，半坚硬。煤层及顶底板岩层柱状图如图2所示。

2 切顶卸压深孔爆破设计

2.1 切缝炮孔布置

根据煤层厚度及开采高度，为了有效降低老顶完整性，同时使煤层产生裂缝，增加煤层放出率，减弱顶板的支撑强度，减小垮落步距，在工作面开切眼处实施切顶卸压预裂爆破技术，达到切断老顶砂岩，同时碎裂煤层，增加初采放顶煤开采效率。开切眼和顺槽切缝位置如图3（a）所示，开切眼处切缝深度为30 m，每隔800 mm 实施一次预裂，开切眼处切缝倾向工作面方向，距离回采帮200 mm，角度为15°，如图3（b）所示；同时在2 条顺槽中部超前支护100 m 段实施预裂切缝，切缝深度为30 m，间距为800 mm，两顺槽切缝角度为竖直偏向工作面方向15°，且在中心线处，如图3（c）所示。

2.2 爆破参数确定

首先根据方案设计进行单孔试验，确定合理的装药量和封泥长度，然后进行间隔爆破，观察两相邻装药孔之间空孔内裂纹情况，如果两相邻装药孔之间空孔裂纹未达到裂缝率要求，最后进行一次连续爆破试验。最终确定孔径为60 mm，孔深为30 m，封泥长度为12 m，炮孔间距为800 mm，单孔装药量为8.7 kg，采用连续爆破方式。爆破试验炮孔布置和参数如图4所示。

2.3 装药结构

双向聚能管（图5）采用特制聚能管，特制聚能管长轴外径为49 mm，短轴外径为41 mm，壁厚1.8 mm，聚能槽部位壁厚1.5 mm，聚能槽夹距36.5 mm，管长1 500 mm。聚能爆破用二级煤矿乳化炸药，药卷直径为35 mm，长度为300 mm，爆破孔口用炮泥封孔，用导爆索串联连接。现场试验时，聚能管安装于爆破孔内，每孔12 根聚能管，首先采用“4+4+4+3+3+3+3+2+2+1+1”的装药方式，每孔2 根导爆索，2 发雷管，爆破孔口采用专业设备用炮泥封孔，封孔长度为12 m。

3 爆破切顶卸压效果分析

3.1 预裂切缝效果分析

现场抽查切眼未爆破孔1#、2#和4#孔，以及两顺槽的5#和6#孔。1#未爆破孔在16.7 m 位置出现塌孔，在11.4～13.5 m、14.1～15.0 m 区段出现裂隙，裂隙率达到78%；2#未爆破孔在17.5 m 位置出现塌孔，在11.7～12.5 m、14.3～14.9 m 区段出现裂隙，裂隙率达到71%；4#未爆破孔在24.2 m 位置出现塌孔，在14.1～14.7 m、20.0～20.7 m、21.2～22.2 m、22.8～23.5 m 区段出现裂隙，裂隙率达到45%。同时在爆破过程中，未爆破孔内有白烟冒出，说明爆破孔装药爆破产生的压力脉冲已经沿着切缝方向贯通，达到双向聚能拉张爆破预裂切缝的实际效果。

3.2 矿压显现对比分析

图6 为各工作面初次来压压力峰值对比图，从图6 中可以看出，61202 工作面初次来压压力峰值明显比61207、61303 和61201 工作面小，较61207 工作面峰值低8.5 MPa，较61303 工作面峰值低11.2 MPa，较61201 工作面压力峰值低11.7 MPa。图7 为各工作面初次来压步距，从图7 中可以得到61202 工作面初次来压步距最小。根据现场观察，61202 工作面初次来压期间，煤壁较为完整，未出现大面积片帮，支架采高在可控范围内，对工作面回采影响很小，表明深孔预裂爆破对矿压控制具有显著作用。

4 结论

深孔预裂爆破技术可以充分破坏工作面顶板的完整性，极大地缩小工作面初采初放期间顶板悬露面积，大大降低工作面初次来压矿压剧烈显现影响，本次实践所采用的一次连续爆破方式的参数为孔径60 mm，孔深30 m，充填长度12 m，孔距800 mm，单孔装药量8.7 kg，可为类似煤矿提供借鉴和参考。