林华煤矿综采工作面厚硬砂岩顶板深孔的预裂爆破技术方案

2019-05-09江甫怀

资源信息与工程 2019年2期

江甫怀

(国家电投集团贵州金元贵州林华矿业有限公司，贵州金沙 551800)

对深部煤层进行开采时，厚硬顶板将支架压坏或压死的情况时有发生，而且厚硬顶板因具有良好整体性、强度高、冒落困难，若未能及时处理，将产生大面积的悬顶，有垮落危险，因此，需制定有效的深孔预裂爆破技术方案。

1 林华煤矿综采工作面概况

2098工作面位于华矿井二采区的东翼，其地面标高为+1 210～+1 343 m，实际埋深264～407 m，煤层走向和倾向长分别为505 m和170 m，倾角8°～12°，总开采面积85 850 m2。通过揭露分析，9#煤层结构相对简单，无夹石。

2 爆破设计

在国内外，爆破强制放顶技术主要有以下两种：沿切眼顶板爆破强制放顶和沿风巷、机巷钻平行工作面超前深孔爆破放顶。超前松动方法对煤层的地质和技术条件适应性强，对工作面正常回采影响较小，所需专用设备少，并使完整性较好的顶板改变为人工裂隙发育的顶板，使不易冒落的顶板改变为易冒落顶板，减少采空区的悬顶面积，消除压力集聚。

采用钻孔直径为113 mm的钻机打眼，炸药选用直径为63 mm的煤矿瓦斯抽采水胶药柱(即由特制的三级煤矿许用水胶炸药制作而成的深孔爆破药柱，每米3.3 kg)。雷管采用煤矿许用电雷管起爆。

2.1 循环步距

在采区中对所有顶板部位都要进行松动爆破，以此实现将岩石软化，使顶板达到与工作面良好配合冒落的目标，但是这样做的工作量会很大，需要的成本高。对此，首先要确定适宜的循环步距，循环步距应比采场支架能承受的周期来压步距小，确保坚硬顶板可以按照合适的循环步距进行有序冒落。循环步距主要和顶板中裂缝发育情况、岩性及厚度等因素有关，需要综合考虑顶板来压规律、岩石力学性质及砂岩的厚度，本次循环步距取20 m。

2.2 放顶高度

在确定适宜的放顶高度过程中，为了保证缓冲作用，并为老顶来压过程中防治暴风威胁奠定良好基础，需要遵循矸石垫层实际厚度不能比采高小的基本原则，从而减小支架受到的冲击。顶板深度按下列公式进行计算：

H=M/(Kp-1)(1)

式(1)中，M为采高，m；Kp为岩石经破碎以后的体积膨胀系数，取1.3。

2.3 炮孔角度

炮眼角度是保证坚硬顶板爆破放顶高度和长度的一个重要参数，倾角过大，导致爆破沿煤层倾向方向爆破范围缩小，炮眼数目增多，工作量增大；倾角过小，虽然可以增大煤层倾向的爆破范围，但装药位置与顶板的距离减少，爆破后可能导致顶板过于破碎，采煤时顶板难于管理，因此，必须确定合理的炮眼角度。炮眼角度与炮眼深度、煤层倾角、顶板处理高度、炮眼开孔位置与顶板的距离有关。炮眼角度一般有两个方向角，即侧向工作面水平角和仰角。如果设计水平角，将使炮眼长度和仰角加大，钻眼定位相对复杂，装药难度加大；另外，侧向工作面的角度一般为10°～15°，对放顶效果影响甚微。因此目前较多地采用炮眼方向与工作面平行，不考虑水平角。

2.4 炮孔深度

超前深孔爆破的炮孔长度主要与切眼的长度及煤层倾角因素有关。当切眼的长度小于120 m时，采用单向钻孔，也就是从回风平巷向顶板进行钻孔，为减少机巷受到爆破施工的影响，机巷和孔底之间的水平距离应大于20 m。如果切眼长度超过120 m，采用双向钻孔，炮孔孔底在水平方向上的距离应大于10 m。对炮孔深度进行计算时，应先确定爆破的长度，也就是水平方向上炮眼投影长度，然后根据这一长度，结合炮孔的倾角对炮孔深度进行计算。

2.5 炮孔间排距

待强制放顶结束以后，裂隙带实际宽度应满足要求，一旦宽度超出允许范围，虽对冒落有利，但可能导致顶板太过破碎，使采煤过程中顶板管理工作变得十分复杂和困难，同时钻孔以及爆破等的工作量均大幅增加。为了使坚硬顶板也可以在要求的时间段内完成冒落，需要确定符合实际要求的爆破宽度。爆破宽度实际上就是炮孔排数量，它受切眼长度因素影响，即切眼的长度相对较短时，顶板必定会受到持续夹制作用，确保悬空顶板处在相对较好的稳定状态，但容易产生相对较大的裂隙带。待爆破结束后，不同的裂隙将汇聚成一个整体裂隙网。

目前最为常用的对爆破裂隙圈的半径进行计算的公式为：

(2)