巨厚煤层爆破切顶初采初放技术应用研究

王 帅

（陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳 713600）

1 工程概况

陕西彬长胡家河矿业有限公司401106 工作面为401 盘区第6 个工作面，工作面走向长度1747 m，倾向长度200 m，可采长度1492 m（平距），采用长壁分层综合机械化放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。工作面北侧为401105 综放工作面（已采），间隔35 m 保护煤柱，南侧为DF5 断层保护煤柱，西侧为401 盘区三条盘区大巷保护煤柱，东侧为河流冲刷区域。工作面开采4 号煤层，赋存稳定，厚度12.8～27 m，平均厚度约23 m，总体趋势从西南侧向北东侧逐步变薄，最薄处为B3 钻孔附近，上分层平均可采厚度约15.2 m。煤层底板埋深592～810 m，总体趋势从工作面西侧向切眼逐渐增大，工作面中间区域向两顺槽逐渐增大。为确保401106 工作面在初采初放及正常回采期间切眼顶板和两顺槽上下隅角及时垮落，需在工作面初采前和推采期间分别对切眼及两顺槽实施切顶爆破对顶板进行松动处理。

2 爆破切顶施工方案设计

2.1 工作面切眼切顶爆破

初采前，将工作面液压支架及前刮板输送机调整成直线后，在工作面架间前梁处施工炮眼，进行装药爆破，切顶炮放完后，工作面进行初采割煤作业。401106 工作面40#架至116#架在每架架前梁架间隙中布置单炮眼，炮眼深度为10 m，炮眼与垂直方向呈10°夹角偏向采空区侧布置，施工至116#架最外侧，共计施工77 个；机头端头架及超前架段不施工爆破孔；距机尾116#架3 m 处，前溜机尾处施工炮眼，炮眼深度10 m，间距1.5 m，上隅角共计布置12 个孔，总计共施工89 个炮眼。401106回风巷侧顶煤较薄，必须保证钻孔施工至岩层内1 m。钻孔布置如图1。炸药采用Φ32 mm×200 g 煤矿许用三级乳化炸药，雷管采用毫秒延期电雷管。施工机具：MQT-120/2.8 气动锚杆钻机。封孔方式：采用黄泥进行封孔。爆破方式为一次装药，一次起爆。

图1 切眼顶板爆破钻孔布置示意图（mm）

2.2 两顺槽切顶爆破

工作面切眼爆破完成后，工作面正常推采期间开始施工两顺槽切顶爆破孔。具体方案如下：钻孔布置于401106 工作面运输巷超前架、回风巷防冲超前架外侧及副帮侧。布置方式：钻孔共分为A 组孔与B 组孔，其中A 组孔每组3 个，孔间距1 m，孔深为7 m，与垂直方向呈15°夹角向副帮侧倾斜，距副帮500 mm；B 组孔每组5 个，孔间距1.35 m，孔深为7 m，与垂直方向呈15°夹角向采空区方向倾斜，正帮及副帮侧孔分别距帮100 mm。A 组孔与B 组孔间距为1 m，孔径均为42 mm。401106 回风巷侧顶煤较薄，必须保证钻孔施工至岩层内1 m。钻孔布置如图2。

图2 两顺槽切顶钻孔布置

图3 微震能量、频次分布图

3 工作面初次来压监测分析

3.1 顶板垮落情况

401106 工作面初采前期准备到位后，4 月26日—4 月28 日，工作面重载调试。5 月2 日零点班开始割煤生产，每天按不超过4 刀组织生产。工作面在初采推进7.2 m后顶板中部顶煤开始局部冒落，冒落高度在2 m 以下；工作面推进8.8 m 时，工作面33#～109#顶板垮落；推采18.4 m 时，除上下隅角顶煤未冒落外，2#～114#架后顶煤全部垮落，充满采空区。初采初放期间采空区的顶板垮落时，对工作面支架未造成损害。本次初采初放工作，401106 工作面于5 月20 日进入初次来压阶段，5 月22 日来压强度有所降低，持续至5 月24 日初次来压结束，结束里程63.4 m（运输巷61.8 m、回风巷65 m）。401106 工作面初采步距为46.4 m，初次来压持续距离16.2 m，经验范围为47.2～63.4 m。

3.2 微震数据分析

401106 工作面内共布置4 个微震探头、2 个拾震器、1 个ARP2018 型地面微震探头[1-2]，共同对工作面初采初放期间微震事件进行监测。

401106 工作面回采以来，通过对微震监测系统能量、频次进行分析可知：5 月17 日能量和频次均有所上升，能量由5 月16 日的3.8×104J 升高到5月17 日的6.4×104J，升高168.4%，频次由11 次升高至39 次，升高354.5%，且井下现场“煤炮”频繁；直至5 月20 日微震能量和频次居高不下，工作面开始进入能量释放阶段，开始出现初次来压的前兆信息；5 月22 日微震能量及频次有所下降，来压强度减弱；5 月24 日后微震能量及频次低于来压前正常生产水平。

3.3 支架工作阻力数据分析

401106 工作面从4#支架开始每5 台支架安装1台支架工作阻力监测压力分机，共计安装23 台[3-4]。通过对29#、59#、89#支架阻力监测曲线进行分析，详见图4，发现5 月20 日（回采里程46.4 m）开始29#～49#支架工作阻力上升，并始终保持在6000 kN以 上（5 月20 日 上 午7：43～21：03），5 月20 日21：03 至5 月21 日开始59#～89#支架工作阻力上升，并始终保持在8000 kN 以上，直至5 月24 日06：00整59#支架下降至6000 kN 左右。由此分析可知，工作面于5 月20 日开始进入初次来压阶段，401106 工作面初次来压范围为中部（29#液压支架至89#架范围），5月24日支架工作阻力开始下降至6000 kN左右，现场煤炮减少、压力降低，表明工作面初次来压结束。初次来压期间液压支架工作状态良好，均未超出其额定工作阻力1000 kN。

图4 液压支架工作阻力曲线图

4 结语

为确保401106 工作面在初采初放及正常回采期间切眼顶板和两顺槽上下隅角及时垮落，在工作面初采前和推采期间分别对切眼及两顺槽实施切顶爆破对顶板进行松动处理。结合工作面具体工程地质条件设计详细的切顶爆破方案，工作面实际生产期间通过现场调研、微震监测、液压支架载荷监测研究表明，401106 工作面初采步距为46.4 m，初次来压持续距离16.2 m，液压支架工作面状态良好，未出现超出其额定工作阻力的现象，除上下隅角顶煤未冒落外，2#～114#架后顶煤全部垮落，充满采空区。