中深孔预裂爆破技术在3X73工作面的应用

尹明辉

摘要：坚硬顶板预裂爆破可以降低老顶周期来压强度，使采空区顶板随采随落，减少因冲击气流造成人员伤害及瓦斯灾害。针对开滦集团范各庄矿顶板特点，我们采用中深孔预裂爆破的方法，提前对工作面以外的顶板进行预裂爆破，随着工作面的推进，使预裂的顶板到采空区的位置时及时垮落，充填采空区，进而保证综采工作面回采的安全。

关键词：综采工作面;中深孔预裂爆破;自然垮落

在我矿综采工作面回采过程中，采空区落板不及时仍是困扰我们煤炭安全生产的实际问题，尤其是遇煤层顶板坚硬、完整、不易冒落的区域或综采工作面初采阶段，我矿综采工作面采取自然垮落法充填采空区，随着工作面的推进，由于落板不及时，往往造成采空区悬顶面积不断扩大，当采空区大面积瞬间垮落时，极易造成高压气流冲出，导致人员伤亡和设备损坏。而且容易造成老塘侧的瓦斯瞬间涌出，诱发瓦斯重特大事故。因此，我们采用中深孔预裂爆破技术，缩短综采工作面周期来压的步距，减少采空区悬顶面积，使老塘侧的顶板及时垮落并充填采空区，消除安全隐患。

一、范各庄矿业分公司七煤层及围岩基本地质条件介绍

3X73工作面属七煤层工作面，七煤层为复杂结构中厚煤层，煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间夹1～2层暗淡型煤，底部为光亮型煤，煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤层厚度稳定，最厚4.80米，最薄2.10米，平均煤厚3.45米;倾角变化不大，最大15°，最小10°，平均倾角13°。工作面伪顶较发育，最厚3.00米，最薄0.20米，平均1.60米，且伪顶上部发育0.2米煤线，局部发育复合伪顶。直接顶平均厚度为1.60米，属粉砂岩，致密、坚硬，岩石坚固性系数一般在8-10之间，特征为灰黑色，层理较发育，含杂乱的细小植物化石，顶部发育0.2米煤線。老顶平均厚度为1.46米，属粉砂岩，致密、坚硬，岩石坚固系数一般在8-10之间，特征为灰黑色，层理较发育，含杂乱的细小植物化石。

二、存在问题

3X73工作面原设计走向为1426m，倾斜长度为179.6m，现工作面已回采至风道1252 m，运道1315m，由于运道直接顶和老顶都为粉砂岩，且结构致密、坚硬，往往造成运道采空区不能及时落板，造成采空区悬顶面积较大，给在此区域前方工作的员工带来了较大的安全隐患，同时，也存在瓦斯和自然发火方面的隐患。

三、预裂顶板基本原则及方案设计

3.1 预裂顶板基本原则

首先，我们以破坏顶板的完整性为前提，根据直接顶、老顶的厚度及岩性特点，设计顶板预裂方案。在3X73运道（工作面以外）超前支架顶部打单排眼，采用中深孔预裂爆破技术，提前对顶板进行预裂，采过后使顶板及时冒落并充填采空区，并对上履岩层起支撑或垫层作用，达到采空区随采随落的目的;从而减弱顶板垮落的冲击强度，减少老塘有害气体积存空间，从而消除因顶板突然大面积垮落而产生冲击气流的可能性，预防瓦斯被压出和冲击气流伤人的事故。

3.2 3X73工作面顶板预裂方案设计

3X73工作面运道采用锚杆、锚索和金属网联合支护，在回采过程中，提前将支架顶梁处的锚杆、锚索的托盘全部解下，以减弱锚杆、锚索对顶板的悬吊作用。

（1）确定炮眼的排距。根据工作面直接顶和老顶的周期来压步距，确定炮眼排距，根据回采时的观测数据，直接顶的初次、周期来压步距为0-3m，老顶的初次、周期来压步距分别为15-20m和8-12m，根据以上数据，我们预裂直接顶时排距选择3m，预裂老顶时，排距选择10m。

（2）炮眼深度的确定。根据直接顶和老顶的平均厚度，我们选择预裂直接顶时，炮眼深度在2.0-2.5m之间，预裂老顶时，炮眼深度在2.0-3.0m之间。

（3）装药量的确定。通过借鉴其它煤矿的相关施工经验，我们初步确定每孔装药量约为炮眼深度的1/3，但最多不等超过900g，根据现场爆破效果和毛窝落板情况，装药量由低到高进行试验，找到最合理的装药量后，按此数量进行装药、起爆。

（4）炮眼角度。为了更好的控制顶板，每排炮眼的孔底都落在超前支架可支护的范围，炮眼与顶板的夹角为80-85度（根据爆破效果可适当做调整。）

（5）装药方式。为了保证爆破安全，提高爆破效果，根据岩石性质，我们采取正向装药结构。

（6）起爆顺序。采用同一种段别的电雷管，起爆顺序为同时。

3.3 施工方法

3X73运道炮眼由综一区采用岩石电钻施工，炮眼直径在35-42mm之间。采用毫秒延期电雷管和三级煤矿许用乳化炸药，用发爆器电力起爆，连线方式为串联，起爆顺序为同时。药卷外部用粘土炮泥和水炮泥封实填满。炮眼施工、炮泥和水泡泥等充填材料由综一区提前准备，起爆后爆破工对每个炮眼逐孔进行检验，做好相关数据的记录。

3.4爆破效果及经验总结

爆破效果：通过实践，3X73综采工作面运道采用中深孔预裂爆破技术，即对运道（工作面以外）超前支架上方的顶板进行预裂爆破，从现场看，爆破效果较好，超前支架上方的顶板产生了裂隙，同时部分地点直接顶和老顶出现离层现象，工作面推进后，运道老塘侧的顶板随之自然垮落，基本与工作面推进速度同步，达到了预期的目的。

总结中深孔预裂爆破技术的经验：

（1）根据直接顶、老顶的初次、周期来压步距，确定炮眼的排距切实可行，顶板在周期来压地点提前产生裂隙，与周期来压应力产生叠加，使预裂的顶板到老塘侧时顺利自然垮落，充填采空区。

（2）根据直接顶、老顶岩性和厚度，确定炮眼深度，有利于使顶板产生裂隙、直接顶与老顶离层。

（3）通过爆破，使顶板的完整性遭到破坏，减弱了锚杆和锚索的悬吊作用，使预裂的顶板到老塘侧时顺利垮落。

（4）使用毫秒延期电雷管和三级煤矿许用乳化炸药进行爆破，保证了爆破的安全性，减少了拒爆、残爆等现象的发生。

（5）设计炮眼时我们对终孔位置进行了充分考虑，将终孔位置落在超前支架上方，使预裂的顶板得到有效的支护，保证了人员和机电设备的安全。

（6）通过严格的现场安全管理，杜绝了违章放炮，保证了爆破质量，消除了安全隐患，确保了安全生产。

总之，3X73工作面在回采过程中，我们通过对运道超前支架上方的顶板进行中深孔预裂爆破，确实取得了较好的效果，消除了采空区不落板的诸多安全隐患，解决了困扰安全生产的实际问题，积累了宝贵的经验，此做法还可以在的工作面投入生产前或回采过程中遇顶板坚硬难以垮落等条件下进行应用，推广该技术的应用价值。

参考文献

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