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堅硬頂板深孔預裂爆破（pò）弱化技術應（yīng）用（yòng）

2019-11-15 來源：山西西山白家莊礦業（yè）公司作者：李誌峰

1、1101工作麵工程地質情（qíng）況

1101 綜采工作麵為塬林煤礦首采工作麵，該工作麵位於井田東北部（bù），主要開采 1#煤層，1#煤（méi）層厚度為 5.82~0.7m，平均厚度為 2.46m，呈條帶狀結構，堅硬且具有韌性，平均傾角 3°，為井田（tián）內大部分可采煤層，1101 工作開切（qiē）眼寬度為 6.5m，工作麵采高為 2.3m，采用一次采全高工藝采煤。工作麵運（yùn）輸平（píng）巷寬 3.5m、高 2.4m，回風平巷寬 3.0m、高 2.4m，1#煤（méi）層上方直接頂為 0.5m 厚的泥岩（yán），基本頂為 68m 厚的沙礫岩，且沒有明顯的分層。由於該基本頂岩層厚度大且垮落難，在破碎前無明顯變形，工作麵非來壓期（qī）間，工作麵（miàn）頂板壓力一般較小（xiǎo）；當（dāng）頂板懸露麵積較大時，會發生（shēng）突然垮落的脆性破（pò）壞，對工作人員及機械設備產生安全威脅。

通過岩石力學實驗可知，厚（hòu）硬砂礫岩單軸抗拉強度為 2.38MPa，內聚力為 3.25MPa，抗拉強度及內聚力較大，岩層厚且無明顯分層，節（jiē）理裂（liè）隙不（bú）發育。礦壓觀測得基本頂初次來壓步距為 54.5m，周期來壓（yā）步距為 31m，基本（běn）頂初（chū）次來壓當量 Pe達到1114.12k N/m2，頂板來壓顯現非常強烈。

2、厚層堅硬頂板弱化的鑽孔布置及參數

通常通（tōng）過爆破的方法減小基本頂懸露長度，以縮小其垮落步距，常用方法有（yǒu）循（xún）環淺（qiǎn）孔拉槽、中部拉槽（cáo）和端部拉槽三種。而采用（yòng）端部拉槽較其（qí）他兩種方（fāng）法爆破工程（chéng）量小（xiǎo），因而本工程選用端部拉槽方法來弱化基本頂。基本頂破斷後，其上覆岩層載荷作（zuò）用（yòng）於破斷的基本頂上，在工作麵附近（jìn）形成了“破斷基本頂 - 媒體 - 支（zhī）架”的支護係統（tǒng），綜合考慮工作麵液壓支（zhī）架型號、爆破技（jì）術（shù）及工程成本，且爆破循環（huán）步距應小於基本頂周期來壓步距（jù），綜合考慮基本（běn）頂爆破循環步距確定為 30m。

2.1 深孔爆破基（jī）本參數設計

（1）爆破孔布置方式。預裂（liè）爆破的鑽孔可以分（fèn）為兩（liǎng）部分，一部分爆破孔（kǒng）用於切（qiē）斷（duàn）工作麵推進方向（xiàng）頂板間的聯係，另一部分爆破孔用於切斷工作麵與巷道（dào）側頂板間的聯係。

（2）爆破孔（kǒng）直徑。爆（bào）破孔直徑（jìng）的確（què）定要綜合考慮炸藥（yào）的性能、煤岩體岩石力學（xué）參數、鑽孔機具、裝藥及封孔難易（yì）程度等（děng）。炮孔直徑過大（dà）則鑽眼速（sù）度較慢，炮孔直徑過小則無法達到應有爆破效果，根據工程實踐經驗及 1#煤層的地質條件，綜合確定（dìng）炮孔直徑為 75mm。

（3）爆破孔長度。所需爆破岩層厚度越（yuè）大，爆破孔越長，然而爆破孔長度較（jiào）大則不利（lì）於鑽（zuàn）孔及裝（zhuāng）藥的進行，現場實踐中，應在滿足安全及（jí）生產的情況下，盡量減小爆破孔長度。

（4）封孔長度（dù）。為保證安全及爆破效果，封孔長度（dù）應大於爆破孔長（zhǎng）度的 20%~30%。

（5）一次最（zuì）大起爆藥量。根據《爆破安全規程》規定，圍岩在中等（děng）穩定情況下，支護狀況良好的巷道安全振動速度約（yuē）為 20cm/s，考慮一（yī）定的爆破安全係數，一次最大起爆藥量取 450~550kg。為減小爆破對巷道圍（wéi）岩及工作麵液壓支架（jià）的影響，一次起爆藥量要控製在 250~300kg 以下，在不影響工（gōng）作麵推進速度（dù）的前提下，可（kě）以考慮選用單孔起爆方式。

2.2 開切眼內深孔爆破鑽孔布置及（jí）參數（shù）設計（jì）

工作麵開（kāi）切眼內頂板弱化的爆破鑽孔布置如圖1 和表 1 所示。在切眼完成後，支架（jià）安裝前，距離采（cǎi）空區 1m，沿 120m 切眼全長布置 8 組 22 個（gè）爆破鑽孔，其中 1、2、3 和（hé） 20、21、22 對稱布置，4、5、6 和 17、18、19 對（duì）稱布置，7、8、9 和 14、15、16對稱布置，10 和 13 對（duì）稱布置，11 和 12 對稱布置。現場施工中，鑽孔與頂（dǐng）板夾（jiá）角均（jun1）取 30°，考慮煤（méi）層厚度變化及殘眼的存在，前（qián）兩組鑽孔均（jun1）長 16m，孔（kǒng）底距（jù）離煤層上方 8m，第三組鑽孔均長 20m，孔底距離煤層上方 10m。

表 1 開切眼內鑽孔布置及爆破（pò）參數

圖 1 工作麵開切眼內深孔爆（bào）破預裂弱化頂板鑽孔布置圖

2.3 兩巷內深孔爆破鑽孔布（bù）置及參數設計（jì）

在進（jìn）、回風平巷內，朝工作麵施工深 3.5m、寬4m 的鑽場硐（dòng）室，在兩巷（xiàng）內超前工作麵的鑽場硐室進行頂板（bǎn）預裂工作，以切斷工作麵與巷（xiàng）道上部頂（dǐng）板間的聯係。如（rú）圖 2 所示，在鑽場硐室內布（bù）置（zhì） A、B、C、D、E、F、G、H 共計 8 個炮孔，其中 A、B、C、D、E、F 平行於工作麵扇形布置，F、G、H 斜（xié）交於工作麵扇形布置（zhì），鑽孔布置及爆破（pò）參數如表 2 所示。

3、工業性試驗

工（gōng）作麵開切眼（yǎn）推進 4 刀（dāo）後進行裝藥、連線（xiàn）和爆破工作，采用炮棍進行炸藥填塞，采用（yòng）不耦合裝藥方式，采用兩根（gēn）導爆索進行（háng）炸藥起爆工作，導爆（bào）索采用瞬（shùn）發電雷管起爆，兩根雷管並聯連接。采用BF-200 型起爆器進行起爆（bào），從切眼中部向兩端進行（háng）爆破，分組裝藥、分次爆破。兩（liǎng）巷內深孔預裂爆破頂板步距按 30m 設計，從工作麵開切眼直至該工作麵回采完成止，以保證工作麵初次來壓及周期（qī）來壓步距均（jun1）在 30m 以（yǐ）內，裝藥與封孔工序與切眼爆破相同，爆破順序同樣是由工作麵中（zhōng）部向兩端進行。

根據該礦瓦斯情況（kuàng），選用 2 號煤礦許用乳化炸藥，藥卷直徑為 60mm，長度為 500mm，1.5kg/ 卷，適用於低瓦斯礦井（jǐng）采掘工（gōng）作麵。導爆索選用煤礦許（xǔ）用導爆（bào）索，規格為 Φ5.2~5.5mm，雷管選用煤礦許用 8#普通（tōng）瞬發電雷（léi）管。

回采期間對工（gōng）作麵進行（háng）礦壓觀（guān）測，通過壓力表對液（yè）壓支架工作阻力進行監測，在工作麵上部、中部、下部布（bù）置三（sān）個礦壓觀測站，每個測站（zhàn）觀測 4 組支架。1101 工作（zuò）麵從回采開始，共計預裂頂板 8 次，切眼預裂 1 次，兩巷預裂（liè） 7 次，深（shēn）孔預（yù）裂爆破後工作麵液壓（yā）支架工作阻力隨工（gōng）作麵推進變化情況如圖3 所示。通過圖 3 觀察可知，對頂板進行深孔預（yù）裂爆破後（hòu），工作（zuò）麵液壓支架工作（zuò）阻力明顯降低，頂板來（lái）壓緩和，頂板最小（xiǎo）來（lái）壓（yā）步距（jù）為 13m，最（zuì）大來壓步距（jù）為 22m，上覆岩層懸頂麵積大大減小，保證了（le）工作麵的回采安全。

表（biǎo） 2 兩巷內預裂頂板（bǎn）鑽孔布置及爆破參數