趙 鵬

（西山煤電集團(tuán)官地礦，山西 太原 030022）

0 引 言

初采期間頂煤損失是在綜放工作面頂煤損失中最大的一部分損失。由于頂板在工作面初采期間的懸露面積比較小，因此頂煤在該期間的破碎程度很小，從而導(dǎo)致了頂煤不能及時(shí)冒落并且發(fā)生冒落的頂煤塊度比較大，這就造成了大量頂煤在工作面初采期間被遺棄在采空區(qū)中。綜合上述分析，在工作面初采期間通過(guò)采用弱化頂板的技術(shù)措施來(lái)達(dá)到提高綜采放頂煤開(kāi)采煤炭采出率是十分有必要的。

1 工程概況

3407 工作面位于752 水平四盤(pán)區(qū)，在其北部與實(shí)體煤相鄰，在其南部與四盤(pán)區(qū)專(zhuān)用回風(fēng)巷、軌道巷和皮帶巷相鄰，在其西部與已經(jīng)回采完的3406 工作面相鄰，在其東部與已經(jīng)回采完的3408 工作面相鄰，并且3407 工作面同已經(jīng)回采完的3406 工作面和3408 工作面之間各留設(shè)煤柱寬度為20m 的保安煤柱，3407 工作面屬于孤島工作面。

3407 工作面長(zhǎng)度為174.5m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為1360m。3407 工作面布置進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和瓦斯巷，回風(fēng)巷與瓦斯巷之間留設(shè)12m 的煤柱，3407 工作面的開(kāi)切眼沿3 號(hào)煤層傾向開(kāi)掘。圖1 所示為3407 工作面位置示意圖。

圖1 3407 工作面位置示意圖

煤層傾角為0°～5°，平均傾角為3°。根據(jù)三維地震報(bào)告資料表明，3407 工作面無(wú)斷層等構(gòu)造，但在3407 工作面回風(fēng)順槽之中同四盤(pán)區(qū)軌道巷之間的距離為1011.9m～1060.5m 的位置處存在對(duì)工作面回采有一定影響的陷落柱。3407 工作面的地質(zhì)構(gòu)造屬于簡(jiǎn)單類(lèi)型。

3407 工作面采用傾斜長(zhǎng)壁綜放工藝，全部垮落法管理頂板，共布置111 架ZF7200/17/33 型放頂煤液壓支架，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾各布置3 架ZFG8000/18.5/33H 型端頭支架。3407 工作面采煤機(jī)截深為0.8m，開(kāi)采高度和放煤高度分別為3.0m 和2.8m，一采一放的放煤步距，采放比大約1：0.93。

2 深孔預(yù)裂爆破方案

2.1 爆破器材的選用

由于本次深孔預(yù)裂爆破的主要對(duì)象為3407 工作面的細(xì)粒砂巖頂板，結(jié)合細(xì)粒砂巖的巖石力學(xué)物理特性，本次深孔預(yù)裂爆破炸藥選用煤礦許用三級(jí)乳化炸藥和毫秒延期小于130ms 的煤礦許用毫秒延期電雷管，各炮孔中并聯(lián)安裝兩發(fā)同段雷管。

2.2 炮孔深度

深孔預(yù)裂爆破的垂直炮孔深度通常根據(jù)煤巖體經(jīng)爆破作用之后能夠?qū)⒉煽諈^(qū)充滿的垮落高度來(lái)確定，炮孔仰角為45°，炮孔長(zhǎng)度為17m。

2.3 炮孔直徑設(shè)計(jì)

根據(jù)所使用炸藥的規(guī)格參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合3407 工作面頂板巖性狀況，鉆機(jī)選用ZLJ-350 型礦用坑道鉆機(jī)，炮孔直徑為75mm。

2.4 炮孔間距設(shè)計(jì)

深孔預(yù)裂爆破主要是通過(guò)爆破作用形成破碎區(qū)使得巖石中的弱面和裂隙逐步發(fā)展來(lái)達(dá)到弱化堅(jiān)硬頂板的目的，根據(jù)以上分析可以得出炮孔間距必須要根據(jù)破碎區(qū)的直徑來(lái)確定。

任意一個(gè)巖體中質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度可以由公式1表示：

由Mises 準(zhǔn)則可以得出頂板巖層發(fā)生破壞的條件如公式2 所示：

式中：σcd為巖石自身的單軸動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，單位為MPa；σtd為巖石自身的單軸動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；σ0為巖石自身的單軸受力破壞強(qiáng)度，單位為MPa。

代入相關(guān)頂?shù)装鍘r性數(shù)據(jù)可以得出巖石爆破粉碎區(qū)半徑和破碎區(qū)半徑分別為380mm 和1790mm，據(jù)此最終確定炮孔間距為3.5m。

2.5 裝藥結(jié)構(gòu)和方式

裝藥的方式為：首先通過(guò)炮棍將由膠帶纏繞第一個(gè)裝藥藥卷與導(dǎo)爆索而成的起爆藥卷推入到炮孔孔底，隨后依次將外部用膠帶纏裹的剩余乳化藥卷推入到裝入炮孔中，并且輕微擠壓以起到一定程度的防滑作用。

2.6 封孔方式和長(zhǎng)度

封孔首先使用堵孔水泥封孔1m，此后使用黃土炮泥進(jìn)行封孔，最后再使用封孔水泥在同炮孔孔口距離為2m 的位置處封孔1m，之后便停止封孔作業(yè)并將導(dǎo)爆索和雷管在炮孔外聯(lián)接好之后塞入炮孔內(nèi)，之后再使用炮泥將剩余段炮孔密封嚴(yán)實(shí)，最終扭結(jié)炮孔外露的雷管腳線成短路。圖2 所示為炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與封孔方式。

圖2 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)與封孔方式

2.7 裝藥量

各個(gè)炮孔的裝藥量為33.075kg，使用藥卷數(shù)量大約為22 個(gè)。

2.8 一次起爆的藥量

每段毫秒延期電雷管的最大起爆藥量為35kg。

2.9 炮孔布置

圖3 所示為炮孔布置平面圖。

圖3 炮孔布置平面圖

圖4 所示為炮孔布置剖面圖。

圖4 炮孔布置剖面圖

2.10 放炮順序

第1 組的1 號(hào)炮孔、2 號(hào)炮孔、3 號(hào)炮孔→第2 組的5 號(hào)炮孔、6 號(hào)炮孔、7 號(hào)炮孔→第3 組的9 號(hào)炮孔、10 號(hào)炮孔、11 號(hào)炮孔→第4 組的13 號(hào)炮孔、14號(hào)炮孔、15 號(hào)炮孔→第5 組的17 號(hào)炮孔、18 號(hào)炮孔、19 號(hào)炮孔→第6 組的21 號(hào)炮孔、22 號(hào)炮孔、23 號(hào)炮孔→第7 組的25 號(hào)炮孔、26 號(hào)炮孔→第8 組的28號(hào)炮孔、29 號(hào)炮孔、30 號(hào)炮孔→第9 組的32 號(hào)炮孔、33 號(hào)炮孔、34 號(hào)炮孔→第10 組的36 號(hào)炮孔、37 號(hào)炮孔、38 號(hào)炮孔→第11 組的40 號(hào)炮孔、41 號(hào)炮孔、42 號(hào)炮孔→第12 組的44 號(hào)炮孔、45 號(hào)炮孔、42 號(hào)炮孔→第13 組的48 號(hào)炮孔、49 號(hào)炮孔、50 號(hào)炮孔→第14 組的51 號(hào)炮孔、52 號(hào)炮孔、53 號(hào)炮孔→第15組的54 號(hào)炮孔、55 號(hào)炮孔、56 號(hào)炮孔。

3 深孔預(yù)裂爆破效果

通過(guò)布置于3407 工作面的礦壓監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)顯示，初次來(lái)壓步距為39.2m，比已回采結(jié)束的未采用深孔預(yù)裂爆破的3408 工作面初次來(lái)壓步距小13.2m。3407 工作面初次來(lái)壓期間最大載荷為39MPa，比3408 工作面初次來(lái)壓期間最大載荷小5MPa。3407 工作面初次放煤步距為18m，比3408 工作面初次放煤步距小16m，相應(yīng)地多放出煤量約1萬(wàn)t，若按噸煤售價(jià)450 元/t 計(jì)算，則多放出的頂煤相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益為450 萬(wàn)元。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)將深孔預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用于綜放工作面初采期間，可以弱化頂煤與上覆頂板之間的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，達(dá)到了降低綜放工作面初次來(lái)壓強(qiáng)度、減少初采期間頂煤損失、提高采出率和經(jīng)濟(jì)效益、保證初采期間安全生產(chǎn)的目的，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。并且，本次綜放工作面初采深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的成功應(yīng)用，對(duì)該煤礦其他綜放工作面具有積極的推廣意義和經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值。