综采工作面深孔爆破强制放顶的应用

魏光荣
(中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司 上湾煤矿，内蒙古 伊旗 017209)

摘要:预裂爆破工程可减少老顶初次来压步距过大造成的灾害，在侏罗纪煤层中显得尤为重要。论文针对上湾煤矿顶板特性，改进综采强制放顶方案，采用深孔预裂爆破，提高了爆破效果，大幅地降低了初次来压的强度和初次来压形成咫风的可能性，达到综采面安全回采的目的。
关键词:综采面;深孔爆破;炮眼布置;放顶煤
中图分类号:TD235. 33文献标识码:B文章编号:1671-0959(2005) 07-0036-03
神东公司北部区域的煤层都属于浅埋藏、基岩较薄的近水平煤层，煤层的赋存条件好，顶板属较稳定型。各井工矿主要以综采为主，综采工作面装备大多为引进设备，工作面长一般在240 m以上，初次来压步距较长，矿区曾发生过初次来压顶板冒落形成的咫风伤人事故。为了缩短初次来压步距，减少老顶初次来压时的自然冒落面积，降低初次来压的强度和初次来压形成咫风的可能性，以及减小对工作面人员、设备、通风设施的威胁与破坏，上湾煤矿从第一个综采面开始就借鉴了相临矿井的初放经验，组织实施深孔预裂爆破，到2005年的2月已实施了三个面的深孔预裂爆破，总结出一些切实可行的方法。本文主要介绍上湾煤矿51103综采面的初放情况。
1地质条件
地质构造基本形态为一单斜构造，地层走向为N W25º,倾向为S W65º ,倾角1-3º;断裂不发育，褶曲表现为宽缓的坡状起伏，局部煤层有冲刷，赋存条件极为简单。含煤地层为中下侏罗统延安组。1 -2煤平均厚度为5.21 m。顶板属较稳定型(11级11类顶板)，直接顶为泥质砂岩和泥岩，水平层理，致密块状(51103综采面切眼处直接顶厚度0.8-2.4 m) ;老顶为中砂岩和细砂岩，暗灰色，波状层理，块状结构，见图1。综采工作面为倾斜长壁布置，工作面长240 m，推进长度3554 m。

2基本原则及方案设计
2. 1基本原则
以破坏顶板的完整性为前提，对初次来压期间的顶板实施有效控制，使其尽早垮落;根据直接顶、老顶的厚度，设计放顶方案，尽可能使其符合顶板岩层断裂失稳运动;充分利用矿压显现规律，为顶板控制服务;顶板处理高度的确定，应满足冒落研石充满或基本充满采空区，对上覆岩层起支撑或垫层作用。同时，破坏老顶的完整性，使上覆岩层较易垮落，从而减弱了顶板垮落的冲击强度。
2. 2方案设计
以51103工作面强制放顶采用深孔爆破为例:炮眼布置在距切眼中心线1.65m处，孔间距8000mm ,“一”字型分布，共布置26个炮眼，炮眼总长度为470 m，其中孔深15m的18个，孔深20m的4个，孔深30m的4个，垂深分别为8.17m.10.89m.16.34m，炮眼方位角为333º,倾角为33º。炮眼布置见图2。

3施工方法
炮眼采用MYZ－150型全液压坑道钻机施工，钻头为Φ85mm合金钢钻头，成孔直径Φ90mm。采用高威力水胶炸药，药包规格为Φ70 ×500mm，采用矿用毫秒延期电雷管，联线方式为串联，采用QL200。型强力起爆器配合延期雷管导爆索起爆，装药系数为0.6，每孔装药量分别为50kg、66kg , 100kg，炮泥装填系数为0.4，总装药量1.5t。
炮眼施工、装配药等工作需提前准备。炮眼施工完毕逐孔检验，编号记录深度。药包和炮泥、导爆索提前1d根据实际孔深装入Φ75mm和Φ90mm的PVC管内并分别编号，同时准备好止滑塞和封口木塞。待工作面推进4.5－5.5m后，将爆破材料运至工作面，开始装药。每孔装入预先准备好的药和部分炮泥后，用止滑木塞防止下滑，然后手工用木炮棍填炮泥lm，并用木塞封孔。联接雷管并悬挂放炮母线。
4实施要求
1)提前1－2d清理工作面上下顺槽的煤尘，并将浮煤清理干净。
2)装药前将工作面及上下顺槽的水仓积水抽排干净，工作面所有支架必须处于完好状态，接顶良好，初撑力达到额定工作阻力的80％，超前支护必须符合作业规程要求，然后切断工作面和顺槽所有设备的电源。
3)运送炸药、导爆索及雷管的车底板要用木板衬垫，雷管、炸药必须分开单独运输。运送前必须通知调度室，由调度统一安排，避开人员集中上下井时间。装运过程必须有安监人员现场监控。
4)装药前必须撤离工作面回风系统中的所有人员，并在能进入回风系统的地点设警戒。
5)由于装药量大，警戒距离和放炮距离要求大于500m，放炮前必须由专人仔细清点人数。
6)在放炮作业中严格执行“一炮三检制度”和“三人连锁放炮制度”。
7)放炮完毕后，只有在工作面炮烟被吹散，有害气体和粉尘浓度经检测符合《安全规程》的要求，警戒人员由布置警戒的组长亲自撤回后，其他人员方可进入工作面。
5爆破效果分析
根据51103综采工作面岩性和以前两个综采工作面的初放经验，51103综采面深孔预裂爆破进行了如下改进:①将预裂爆破孔由原来的20个孔增加为26个孔，切眼爆破长度由原来的192.58m增加为212.32m，并将炮眼中心线由距切眼副帮侧2.5m改进为2.6 m;②改变预裂爆破孔深度，由原来统一孔深15m改变为4个孔深30m和4个孔深20m，其余18个孔深仍为15 m;③改进封口方式，将原来炮眼封口采用圆台形木塞改进为圆台倒楔形木塞，提高了炮泥的密封效果，增强了爆破效果;④改进了炮眼起爆顺序，由于炮眼数量和装药量增加，为保证爆破安全性，由原来两段顺序起爆变为三段顺序起爆。
51103综采工作面实施深孔预裂爆破后，支架后部空间被冒落的研石全部充填密实。工作面架后顶板自然形成一个长210 m左右、深6－7m的沟槽，实现了顶板预裂的目的。在51103工作面初采推进过程中未出现切顶、压架和飓风现象。
6结论
上湾煤矿经过几次深孔预裂爆破的实施，积累了一定的经验。
1)根据上覆岩石的岩性和直接顶、老顶厚度，结合矿压活动观测资料，因地制宜确定孔深和间距，实施预裂爆破，有效地降低了综采面老顶初次来压的强度，减小了对综采面人员的威胁和设备、设施的破坏。
2)在装药组织上一定要严谨、细致，防止挤坏导爆索，封泥一定要密实，以提高爆破效果。
3)如果炮眼较多，孔深不同，采用分段起爆可以提高爆破效果，保障作业安全。