薄煤层冲击地压深孔爆破卸压技术的应用

宋振德

【摘 要】厚层坚硬硬顶板是煤层发生冲击地压的一个重要影响因素，对于坚硬不易冒落顶板采用深孔断顶爆破方法，可有效对顶板应力集中和积聚的大量弹性能进行有效释放，并能改变顶板的蓄能结构。尤其在薄煤层冲击地压的防治工作中是一种有效的治理手段。

【关键词】深孔爆破；薄煤层；冲击地压

0.概况

新兴煤矿设计年产量160万t，该矿58层直接顶为1.78m厚细砂岩，随采随冒落；老顶为20m粉砂岩，周期来压步距为8-10m。60层直接顶为1.85m的粉砂岩，随采随落；老顶为7.15m的中细砂岩，周期来压步距为6～8m。41062工作面采深470-520m，回采过程中曾频繁出现冲击地压事故，发生地点多在上顺槽距上端头3～28m的区域，造成巷道变形，损坏。2007年6月22日，当该工作面上巷走向推进了47m时，首次发生了冲击地压显现。到9月2日，共发生了23次冲击地压显现。从冲击情况及煤、岩层埋深、硬度来看，现开采的58#煤层具有严重的冲击倾向性。

从调查情况来看，七煤集团的冲击显著区别于国内外常见的中、厚煤层、中硬煤及构造或煤柱区冲击的特点，薄硬煤层、坚硬厚顶板、大倾角是其明显的特点。七煤集团近2年冲击灾害显著增加，已明显进入深部开采，且有越来越严重的趋势。打钻非常困难，煤体湿润性差，治理难度非常大。新兴矿的冲击灾害已严重影响矿井的安全生产。

根据当前冲击地压防治技术实践经验，深孔爆破技术是一种有效的防治冲击地压解危技术措施。

1.深孔爆破卸压技术基本原理

造成大面积来压和冲击地压的主要原因是由于顶板坚固难冒，煤层也很坚硬，形成顶板-底板-煤体三者组合的刚度很高的承载体系。其具有聚集大量弹性能的条件，一旦承载系统中岩体载荷超过其强度，就发生剧烈破坏和冒落，瞬时释放出大量的弹性能，造成冲击、震动和暴风。岩石越坚硬，刚度越大，塑性越小，相对脆性就高，破坏时间短促，大面积顶板来压的危险性就大。

针对这一现象，可以通过在顶板顺槽对顶板进行爆破，人为地切断顶板，进而促使采空区顶板冒落，削弱采空区与待采区之间的顶板连续性，减小顶板来压时的强度和冲击性。此外，爆破可以改变顶板的力学特性，释放顶板所集聚的能量，从而达到防治冲击地压的目的。

2.种顺槽深孔断顶爆破分倾斜和走向

工作面倾向：在工作面上端头，距离煤层底板15m高度，沿工作面倾斜方向打钻孔5个，各孔轴线夹角为15°，进行煤层顶板倾斜方向断顶爆破。

工作面走向：在工作面上端头，斜向采场以与水平方向成30°角度，分别打3组深孔，各孔间距为3m，进行煤层顶板走向方向断顶爆破。

具体如图l所示。

3.深孔爆破工艺

3.1钻孔

打孔采用ZLJ-650钻机根据炮孔设计参数进行打孔，孔经为ф76mm。采用三翼金刚钻头打孔，钻头直径为ф76mm，钻杆直径为ф42mm，每根钻杆长度为lm。如在打孔中钻机的高度不够，可以自己做一个钻机平台。

在钻孔施工过程中，要采用坡度仪准确定位炮孔角度，打孔后记录和检查打孔情况。因炮孔长度较长，为了使爆破达到预期的效果和保证安全的目的，炮孔角度不能偏离太大，炮孔角度充许偏离的角度为±1°，打孔至少要超前工作面50m。

3.2装药

爆破使用的炸药为3号煤矿许用乳化炸药，炸药的药卷规格ф60×500mm，每卷炸药重l.7kg；雷管采用煤矿许用8号普通瞬发电雷管；导爆索采用煤矿许用导爆索，规格为ф6.5-7mm。深孔爆破在超前工作面至少40m。

为了确保炮眼内药包的完全引爆，炮眼采用轴向连续偶合方式装药，采用双雷管，双导爆索引爆。

3.3封泥

在装完药后，开始封孔，封孔材料采用较潮湿的黄土，每次送入0.5m（2节）左右长的黄土棒，黄土棒规格为ф60mm×250mm，黄土棒要用塑料薄膜包装，要求装填捣实后继续装填，直到封孔到孔口位置。

3.4爆破

运输顺槽3个炮孔分别起爆，一次起爆l个炮孔；回风顺槽3个炮孔一次起爆，联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行。放炮使用MFB-100型起爆器，爆破母线长度为不小于300m，放炮安全距离不小于300m。

4.效果分析

工作面要装备支架压力监测系统，以方便监测工作面支架的工作阻力，从而分析顶板来压情况和爆破效果。

通过以上措施，新兴矿41062采煤工作面实现了安全开采，工作面煤层应力集中程度明显降低，未再发生冲击现象。通过采用电磁辐射仪连续观测，电磁辐射强度值均在安全值以下。

5.结论

（1）对于坚硬不易冒落顶板，采用深孔断顶爆破方法，可对顶板应力集中和积聚的大量弹性能进行有效释放，并能改变顶板的蓄能结构。

（2）顶板深孔爆破产生的破碎区域形成一个塑性吸能区，达到吸收上部顶板传递能量，对顶板断裂冲击载荷形成一个有效的缓冲带。

（3）深孔断顶爆破可有效地将开采区域与上区段采空区之间的悬顶有效断开，解决上部采空区悬顶造成对开采区域的应力叠加。