深孔爆破切顶卸压技术在斜沟矿的应用研究

牛兴平

摘 要：斜沟矿为解决综采工作面两端头采空区顶板管理难题，对23105工作面巷道进行了深孔定向爆破卸压的研究与实践工作。实践表明，深孔爆破切顶卸压技术的卸压效果显著，对23105工作面初采时强制放顶，使顶板及早充分冒落、对采空区起到充填支撑作用;回采时在高位覆岩采取切顶卸压技术，切断应力传播路径。减少后期巷道的维修量，体现出显著的社会与经济效益。

关键词：切顶卸压技术;深孔预裂爆破;应力传播;顶板

随着，矿井采掘深度和开采强度的不断增加，斜沟矿为解决23105工作面回采期间受相临工作面采动影响出现的顶板破碎、离层，帮部片帮和底板底鼓等现象。斜沟矿研究采用深孔爆破切顶卸压技术，在23105工作面回采时在高位覆岩采取切顶卸压技术，切断应力传播路径，保护巷道围岩的稳定性，降低后期的维修量，有效提升矿井的煤炭回采效率。

1 23105综采工作面概况

斜沟矿23105综采工作面位于该矿21采区回风上山北侧，西侧、北侧均为实煤区，地面位于店湾村南侧，植被发育，灌木丛生，无重要建筑物。盖山厚度145m～356m。开采的13#煤层平均厚度14.5m，煤层平均倾角8.6°，煤层结构复杂，上部有厚度0.15m的泥岩夹石层。工作面老顶为砂质泥岩，厚度2.5m;直接顶为中粒砂岩，厚度度4.6m;伪顶为泥岩，厚度0.5m。结合相临工作面的回采情况，所采煤层直接顶板为极其坚硬的整体性厚岩层，在采空区能悬露30m以上而不垮落，给初采造成严重的安全隐患。采用深孔爆破切顶卸压技术，可使顶板及时垮落，降低初次来压强度;预防瓦斯大量涌出，发生采空区自燃发火事故[1]。

2 深孔爆破切顶卸压技术准备工作

斜沟矿23105综采工作面地质构造复杂，区域内存在断层和无炭柱。遇顶易板漏顶，导致大采高工作面两端头顶板破碎;两端头悬顶大后，放顶困难;支架初撑力不足，周期来压后增加瓦斯积聚，增加安全隐患。斜沟矿在对深孔爆破技术进行深入的理论分析基础上，结合工作面的实际情况选定了科学的施工工艺流程和技术参数;并通过数值模拟，验证了在23105综采工作面初采期间采用深孔爆破的作业方式进行强制放顶的可行性[2]。

3 深孔爆破切頂卸压技术要点分析

3.1 爆破钻孔设置

根据23105工作面巷道顶板岩层位置，炮孔深度23m时可以达到处理范围。A、B两排炮孔布置在切眼内，A组与切眼轴线平行，B组斜向前方（仰角60°）。两组炮孔在孔口处设置为“三花眼”形，孔底设置为倒“八”字形，尽可能的延伸弱化范围。爆破钻孔设置图如图1所示。

A组炮孔沿切眼顶板直线形布置，每一个炮孔间隔10m，共布置18个炮孔，编号分别为A1～A18，为便于施工A组孔距切眼后帮煤壁<0.5m即可。切眼炮孔平面图如图2所示。图中炮孔内蓝色为封泥段，黄色为装药段。炮孔按60°仰角施工，以便于施工及装药。

B组炮孔在支架掩护梁上方的顶板处开孔，孔口呈直线形布置，每隔10m布置一个炮孔，共布置18个炮孔，编号依次为B1、B2、B3、至B18，B组孔距支架上方切顶线不小于0.51m即可，且A、B两组孔排拒保持在1m左右。B组炮孔平面如图3所示。炮孔仰角=60°，且向前方倾斜45°水平角。

在爆破切眼施工期间，在爆破切眼前方的上、下两端头巷道里（向后上方）必须分别施工一组炮孔，以确保上下端头处顶板在回采时顺利垮落。爆破切眼拉槽处的钻孔设置技术参数如表1所示。

3.2 施工孔径与孔间距

爆破切顶卸压，爆破顶钻孔的孔径一般在65mm～ 115mm。当炮孔直径较小时，装药比较困难，而且爆破影响范围与炮孔爆破直径成正比关系，炮孔孔径小爆破效果较差，但当炮孔直径太大时，封泥困难，容易造成“打枪”、“冲孔”现象，会影响爆破效果。管道熄爆效应明显的间隙范围是0.12～3倍的装药直径，尤以0.2倍装药直径的间隙最强烈。管道熄爆效应强烈时的不耦合系数范围一般是：1.12<α<3.82。本次使用的炸药直径为Φ75mm（不算外壳Φ70mm），即当炮孔Φ90mm时管道效应最强。因此炮孔定为Φ80mm，不耦合系数为1.06。炮孔间距和排距由炸药在爆破后形成的破碎区半径与裂隙区半径决定。

根据23105工作面顶板的力学参数和3#乳化炸药性能参数，估算压碎区Φ623mm，裂隙区Φ4238mm。切眼爆破布置炮孔详情如下：孔底间距<4238mm，布置双排炮孔，炮孔呈倒“八”字形，A、B组孔口间距=10m，排距=1m左右，C组孔口间距=0.5m左右。

3.3 施工钻孔的深度

柱状药包爆破时，煤岩体抗爆能力与炮孔深度成正比，且封孔长度和煤岩体抗爆强度直接影响炸药爆煤岩能力。若封孔过短，抗爆能力降低，在爆炸时会影响爆破效果，严重时会破坏顺槽的稳定与支护;如果若封孔过长（≧临界长度），使爆煤岩能力<抗爆能力，致使封孔段煤岩体无裂隙形成，同样达不到应有爆破效果。因此，合理的封孔长度，既要保证封孔段煤岩体松动预裂，同时又不能产生抛掷漏斗。煤矿安全规程规定，当炮孔深度>2.5m，封孔长度≧1m，但结合实际23105工作面采用深孔爆破技术而言，以试验结论及数值模拟为依据，封孔长度一般≧4.2m。考虑到C组爆破点属于巷道内，容易造成巷道损坏事故，因此结合孔深及角度，A、B组封孔长度确定5m，C组封孔长度为8m，才能取得良好效果。

3.4 主要技术经济指标

采用深孔爆破切顶卸压后，提升回采率，减少基本顶悬顶面积，和采空区顶板对煤柱的压力，特别是降低采动扰动对相邻巷道的应力集中和破坏，实现巷道的卸压和保护巷道目标。

4 效益分析

采用该技术后，按照吨煤280元计算，提高经济效益约两千万元，降低生产成本65万，提高产量360t。与此同时，大大的节约人力和物力的消耗，减轻劳动强度，创造可观的经济价值的同时，并且为安全工作创造了一定的基础条件，保障职工安全。体现出显著的社会与经济效益。

5 总论

现场实践分析可知，斜沟矿在23105综采工作面采用深孔爆破切顶卸压技术后，效果显著：首先，有效地充填支撑了采空区，最大限度地减少了回采动压对邻近巷道的影响，降低了斜沟煤矿巷道掘进维护成本，实现了巷道的卸压和保护的目的，有效缓解工作面采掘接替紧张的局面，达到降本增效具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]李永军，孙亮.大采高综采工作面矿压显现及水力压裂切顶卸压技术研究[J].煤炭与化工，41（12）：7-9.

[2]罗伟荣.综采工作面停采线优化设计及切顶护巷技术[J].江西煤炭科技，2019（3）：160-162.