超前深孔预裂爆破强制放顶技术在潘二矿A组煤首采面的应用

【摘 要】针对潘二煤矿3煤首采工作面初采期间坚硬厚层砂岩顶板的冒落问题，计算机模拟工作面顶板初次放顶步距为50-55m，加之首采面为大采高工作面且推进快，初次来压步距大，存在严重安全威胁，为确保安全回采，决定在初采阶段采用超前深孔预裂爆破技术对顶板进行强制放顶。现场应用表明，采取深孔预裂爆破强制放顶，减小了初次来压对工作面的影响，保障了安全回采。

【关键词】首采面；深孔预裂爆破；强制放顶

在煤矿生产过程中，采煤工作面顶板事故时有发生，尤其是工作面初采期间的厚层坚硬顶板完整、不易冒落，随着工作面的推进，造成采空区悬顶面积不断扩大，工作面设备所承受的压力也不断加大，当采空区大面积瞬间垮落时，极易形成冲击压和飓风，给设备和人员造成巨大威胁；而且容易造成瓦斯瞬间涌出，导致瓦斯事故发生。潘二矿A组煤首采面11223工作面初采期间就存在采高大，直接顶为厚层坚硬顶板，同时还有瓦斯威胁等特点；因此，采取深孔预裂爆破强制放顶技术来缩短工作面初次来压步距，减少采空区悬顶面积，尽快充填采空区，解决工作面初次来压的威胁，是保障工作面顺利推进的前提。

1 概况

1.1 首采面地质与开采条件

首采面11223工作面位于潘二矿东一采区，是淮矿集团潘谢新区首个A组煤大采高工作面，于2013年8月投产。该工作面可采走向长1470m，倾斜长180m，煤层厚度1.6m～13.4m，平均6米，煤层结构复杂，可采储量约203万吨。上顺槽标高为-460.1～-498.6m，下顺槽标高为-500.1～-554.8m。工作面倾角为6～28°，平均18°，切眼平均倾角14°。

11223工作面位处突出危险区内，瓦斯涌出主要来源于3、1煤层，预计回采期间瓦斯绝对涌出量36.41m3/min。工作面开采底板灰岩最大涌水量为59.13m3/h，顶板砂岩最大涌水量为17.8m3/h，合计76.93m3/h。

工作面初采阶段顶板：细砂岩老顶直覆，灰白色，石英为主，细粒结构，厚度10～22m，平均16.4m，切眼处达22m，f=5.88。

1.2 采煤方法

11223工作面西段采用后退式走向长壁综合机械化采煤方法，自然垮落法管理顶板；东段采用倾斜分层后退式走向长壁综合机械化采煤方法，分两层回采。

1.3 工作面主要装备

11223工作面选用型号ZZ13000/28/65支撑掩护式液压支架105架（其中5架ZZG13000/24/50端头支架），支撑高度 2.8-6.5m，初撑力10132KN，中心距1.75m，工作阻力13000KN，适合煤层倾角30°。煤机选用MGTY750/1800-WD型采煤机，采高2500-5000mm。 运输机选用SGZ1000/1400型中双链刮板机。

2 初采期间深孔爆破强制放顶的必要性

根据11223首采面顶板岩性探测结果，工作面初采阶段顶板为细砂岩老顶直覆，灰白色，石英为主，细粒结构，厚度10～22m，平均16.4m，切眼处最厚达到22m，f=5.88。通过计算机模拟11223工作面初次放顶步距为50-55m，初次来压期间矿压显现剧烈，存在严重安全威胁，为确保安全回采，决定在初采阶段采用超前深孔预裂爆破技术对顶板进行强制放顶，减小初次来压对工作面的影响。

3 超前深孔预裂爆破方案设计实施

3.1 方案设计

根据切眼设备安装及现场地质条件，决定将炮眼超前布置在切眼前方，在开采前放炮完毕，达到超前预裂的效果。

3.1.1 顶板处理高度

工作面初采阶段采高顶为5.5m，为保证冒落顶板能完全充填采空区，爆破的有效顶板深度按下式计算

式中M―采高，取5.5m；C

KP―岩石破碎后的体积膨胀系数。取1.3。

计算得到爆破有效深度为18.3m，因此炮眼终孔位置与顶板的距离应大于18.3m。

3.1.2 确定方案

初采阶段超前布置两组强制放顶炮眼，均超前工作面布置，覆盖全工作面，每组炮眼均布置在上下顺槽超前施工的钻场内，贴顶板开孔，终孔位置距上层泥岩不小于2m，封泥长度不小于10m，封泥处距煤层顶板法距不小于4m。第一组炮眼布置在切眼向东10米以内；第二组炮眼布置在其与第一组炮眼爆炸中心距相差24m的位置。炮眼布置见下图：

图1 炮眼布置平面图

图2 炮眼布置剖面图（两组类似）

3.1.3 爆破参数

从上、下顺槽同时施工炮眼，炮眼终孔间距20-30m，开孔间距1-2m。采用钻孔直径为75mm的钻机打眼，使用煤矿瓦斯抽采水胶药柱爆破，药柱直径63mm，长度1000mm。

3.2 装药及起爆

药柱连续装药，风动封孔机封堵孔口，黄泥作为封堵炮泥材料，封堵长度满足设计要求。采用串联爆破网路，同段毫秒延期电雷管起爆。

工作面起爆方式为两组炮眼分4次起爆，分次装药，分次起爆，即：第一次爆破第一组1、2、3号炮眼，第二次爆破第一组4、5、6、7号炮眼，第三次爆破第二组4、5、6、7号炮眼，第四次爆破第二组1、2、3号炮眼；起爆地点距爆破地点不小于200m。

3.3 施工要求及安全注意事项

（1）采用深孔预裂爆破强制放顶技术，必须在顶板和采空区瓦斯浓度符合规定的条件下进行。

（2）提前对爆破地点周围巷道进行洒水除尘，清理爆破地点浮煤，确保炮眼因封堵不严造成放炮穿孔时不会引起次生事故。

（3）工作面所有支架应处于完好状态，接顶良好，给足初撑力，两巷超前支护及爆破地点加强支护，并切断工作面及回风流中所有电器设备电源。

（4）火工品的管理尤为关键，必须有专人分配和回收火工品，并记录每个炮眼的装药量及装药长度。同时在放炮影响两百米空间范围的所有巷道进行警戒，严禁人员进入。

（5）在装药组织上一定要严谨、细致，防止挤坏导爆索，封泥一定要密实，以提高爆破效果。

（6）装药时使用防滑钢丝保证药柱不下滑。

（7）对于打钻期间作废的炮眼应在放炮前用水泥浆注实封堵。

（8）放炮作业中严格执行“一炮三检”、“三人连锁”放炮制度。放炮结束后必须检测有害气体及粉尘浓度，符合要求后才能进入警戒范围。

4 爆破效果分析

超前深孔预裂爆破强制放顶技术在潘二矿A组煤首采面11223工作面得到了顺利实施，在回采过程中，采用KBJ-60-Ⅲ-1型矿用综采液压支架压力计算机监测系统测定液压支架工作阻力，在整个工作面布置21条测线，每条测线布置一个测站，共装21块压力表，采用采集器现场采集数据。根据回采过程中工作面支架压力数据及现场帮、顶状况，判断11223工作面顶板的初次垮落步距平均约为37.2m（加9.5m切眼）。工作面自开切眼向外40m范围内，初采期间采高平均控制在4.5-5.5m之间，在初次来压期间基本无片帮漏顶现象发生，无淋水及出水现象发生，同时工作面瓦斯情况稳定，无异常情况发生。超前深孔预裂爆破的实施保证了工作面回采安全。

5 结语

潘二矿A组煤首采面11223工作面超前深孔预裂强制放顶的实施，为其它地质及开采条件相似的工作面提供了模板，推动了超前深孔预裂强制放顶技术在各个矿更大范围的应用，同时为本矿积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]宫世文，张荪茗，孙震，郭建军.深孔预裂爆破强制放顶技术的应用[J].煤矿安全，2007（01）.

[2]宋占有.酸刺沟矿首采面深孔预裂爆破强制放顶技术[J].煤矿开采，2010（04）.

[3]安徽理工大学综采工作面砂岩顶板深孔爆破强制放顶技术方案.

作者简介：

唐孝红（1986-）男，重庆永川人，助理工程师，2009年毕业于华北科技学院采矿工程专业，现在淮南矿业集团潘二煤矿技术科从事采煤技术管理工作。