爆破弱化综采工作面坚硬顶板技术实践研究

2013-11-06刘洪太

江西煤炭科技 2013年4期

刘洪太

（晋煤集团泽州天安圣华煤业有限公司，山西晋城04800）

我国煤层赋存条件相对复杂，其中坚硬顶板煤层约占总储量的1／3，且有一半的矿区均存在坚硬顶板煤层〔1〕。坚硬顶板采场与普通采场相比矿压显现的特点是周期性来压更加强烈，在坚硬顶板煤层开采过程中在液压支架后方容易形成大面积悬顶，若不采取有效措施在垮落时会形成冲击波和风暴，给工作面的安全回采带来极大的隐患〔2－5〕。因此，采用合理的方法对坚硬顶板进行处理是保障工作面回采的基础。目前，国内外综采工作面处理坚硬顶板的方法主要有注水弱化法和爆破弱化法两种方式〔6〕，但这两种方法有其特定的适应性，现以某矿1301坚硬顶板工作面为例，研究爆破弱化坚硬顶板技术。

1 工作面概况

1301 工作面煤层倾角为1°～7°，平均为3.5°，煤层厚度为1.6～3.7m，平均为2.45m，煤层中部含有一层泥岩夹矸，整体属稳定中厚煤层；工作面伪顶为均厚0.45m的破碎泥岩和炭质泥岩，直接顶为岩性变化较大均厚为4.1 m的致密性较高砂质泥岩和砂岩，老顶为均厚为6.5m厚质地坚硬的K1石灰岩，煤层顶板整体表现为坚硬致密；工作面直接底为均厚1.62m的泥岩，老底为均厚3.2m的砂质泥岩，底板平均比压为40.8MPa。工作面水文地质条件较简单，煤层顶板整体性较好，掘进过程中共揭露断层2条，但均不影响工作面正常回采。工作面布置可采倾斜长度和走向长度分别为180m和1650m，采用“两进一回”通风方式，巷道采用“锚杆—金属网—锚索—钢带”联合支护，在回采过程中顶板存在大面积来压现象，具体表现为初次来压和周期来压步距较大，矿压显现剧烈。

2 顶板弱化方式选择

目前，国内外处理坚硬顶板的方法最常用的有注水弱化和爆破弱化两种方式。注水弱化又可分为高压注水弱化和静压注水弱化两种，爆破弱化法又可分为浅孔放顶、步距深孔爆破和超前深孔预裂爆破等。高压注水弱化是指用高压水对顶板进行预裂，增加顶板的裂隙；静压注水弱化是利用静压注水通过提高顶板的含水率来降低顶板强度；爆破弱化法是指采用人工爆破的方法将顶板切断。考虑到1301工作面顶板吸水性较差，需要的注水时间较长，且注水后顶板强度降低较少，故决定采用人工爆破进行顶板弱化处理。结合1301工作面生产情况，为尽量减少顶板处理作业对生产的影响，决定采用超前深孔预裂爆破对顶板进行处理。超前深孔预裂爆破的施工方法具体为在工作面回采顺槽向着顶板用钻机打深孔，在工作面前方一定距离进行人工爆破破坏顶板，这样可以人为地控制工作面顶板冒落的高度和顶板跨落步距。

3 爆破弱化顶板施工方案

3.1 爆破高度确定

为确保冒落的工作面顶板能够较好地充填工作面老塘，爆破有效放顶深度应满足一定要求，理论上认为有效放顶深度H＝M／（Kp－1）（Kp为岩石碎胀系数；M为工作面开采高度），1301工作面的设计开采高度 M为2.45m，实验室测定的岩石碎胀系数Kp平均为1.3，代入H＝M／（Kp－1），可得H＝8.17m。考虑到地质条件各类因素的影响，进一步保障冒落顶板对老塘的填充效果，决定处理工作面顶板上方8.5m范围内的岩层。

3.2 炮眼布置与爆破

1301 工作面运输顺槽和回风顺槽每隔20m布置一组炮眼，每组炮眼布置8个炮眼，分别为 A、B、C、D、E、F、G、H，其中前5个炮眼与工作面煤壁平行布置，后3个与工作面顺槽中心线呈16°夹角布置，炮眼布置参数具体见表1。

表1 1301工作面回采顺槽内炮眼参数及装药参数

前两组炮眼起爆时炮眼底距离工作面煤壁应保持在6 m左右距离，其余炮眼起爆时炮眼底距离工作面煤壁应在5～24m范围内。爆破采用的起爆器型号应统一，起爆顺序是从内到外依次起爆，每次起爆2个炮眼，采用“分组装药、分次爆破”方式爆破，放炮采取分组起爆，即分为E和F、G和H、A和B、C和D，即按此4组先后起爆。为保障工作面顺槽的正常运输作业，可在工作面运输和回风顺槽内施工钻场硐室，以减少打眼与运输的影响，提高打眼与回采效率。

炮眼打好后，依次将药卷导入炮眼内，然后用炮棍将泡泥装入炮眼，炮眼内泡泥应装满、装实，装泡泥时应尽量一次不超过4节，最后用黄泥将炮眼封实，同时要保证导爆索不发生损坏，第一次封孔应先封至600mm左右处，第二次封孔将导爆索、雷管等完全导入炮眼内空段再进行封泥，同时将外露的雷管脚线连成短路状态。为了保障起爆效果，可用2根导爆索进行联合起爆，即将2根导爆索插入到一根药卷内，用胶带缠好导入到跑眼里制成起爆药卷，根据炮眼参数确定导爆索长度。