工作面初采前顶板深孔预裂爆破技术

2019年7月
2019年第7期0引言
煤矿井下生产作业中，顶板事故一直是主要的安全事故类型之一，特别是对于坚硬顶板回采面而言，由于多采用自然垮落法管理顶板，回采中经常出现采空区悬顶面积过大的现象。

这种情况下，一旦顶板大面积一次性垮落，必然会形成冲击压，从而造成工作面人员伤亡与设备损坏。

因此，有必要提前采取适当的措施进行人工放顶，消除安全隐患。

现阶段，应用最为普遍的2种顶板预处理方法分别为注水弱化法和顶板预裂爆破法[1]。

本次研究便是针对工作面初采前顶板深孔预裂爆破技术开展的。

1工作面开采地质条件和技术条件分析
盘区山2号层8201工作面采用沿空留巷无煤柱后退式走向长壁全部垮落采煤工艺、全部垮落法管理顶板。

工作面煤层厚度均值2.4m ，割煤高度2.4m ，滚筒截割深度630mm 。

8201工作面开切眼长度为180m ，回采推进长度为1397m 。

8201工作面巷道布设情况如图1所示。

8201工作面主采2#煤层，煤层整体结构简单，倾角2°～5°。

煤层上部直接顶为泥岩，厚度均值2.17m ；老顶为中粗砂岩，厚度均值16.7m 。

2
预裂爆破机理和顶板预裂爆破方案分析
2.1
预裂爆破机理分析
当炸药爆破时，产生的压力可达到4000~9000MPa ，
这部分压力作用于顶板岩体，会使得药包周围岩体中生成塑性空腔。

同时，爆炸生成的冲击波会向岩体四周传播释放，并将熔融状岩体破碎为颗粒状后形成压碎圈。

此外，压碎圈外围的岩体在冲击波的影响下会出现径向位移，导致岩壳向外扩张，在其内部产生径向裂隙，并使得爆炸压力继续沿着裂隙向外传播，形成裂隙圈[2]。

图2即为爆破后炮孔各区分布示意图。

结合预裂爆破机理，并考虑山2号层首采面实际情况，经计算分析可知，8201工作面预裂爆破产生的破碎区半径为0.51m ，裂隙区半径为2.65m ，因此在进行爆破孔布设时应间隔4～6m 为宜。

2.2顶板预裂爆破方案分析
在切缝分区内取试验段进行单孔及多孔联孔爆破，
收稿日期：2019-05-20
作者简介：赵麒，1988年生，男，山西大同人，2015年毕业于太原理工大学采矿工程专业，助理工程师。

工作面初采前顶板深孔预裂爆破技术
赵
麒
（同煤集团大斗沟煤业有限公司，山西大同037000）
摘要：结合具体工程实际，在分析工作面开采地质条件和相应技术条件的基础上，对预裂爆破机理和顶板预裂爆破
方案做了逐一分析，并对顶板深孔预裂爆破技术的应用效果做了分析。

结果表明，顶板深孔预裂爆破技术达到了预期效果，实现了对工作面空顶距离的有效控制，为生产作业的持续安全开展提供了积极的保障。

关键词：工作面；初采；顶板；深孔预裂爆破中图分类号：TD824.2文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2019)07-0089-02
Deep-hole Pre-splitting Blasting Technology of Roof before Initial Mining in Working Face
ZHAO Qi
(Dadougou Coal Industry Co.,Ltd.,Datong Coal Mine Group,Datong 037000,Shanxi,China)
Abstract:Combining with the concrete engineering practice,based on the analysis of the mining geological conditions and corresponding technical conditions of the working face,this paper analyzed the mechanism of pre-splitting blasting and the plan of roof pre-splitting blasting one by one,and analyzed the application effect of roof deep-hole pre-splitting blasting technology.The results show that roof deep-hole pre-splitting blasting technology has achieved the expected results,realized the effective control of empty roof distance of working face,and provided a positive guarantee for the sustainable and safe development of production operations.
Key words:working face;initial mining;roof;deep-hole pre-splitting
blasting
（总第166期）技术研究
5201巷辅运顺槽
5206巷辅运顺槽
2201巷皮带顺槽山2号层辅运大巷山2号层皮带大巷山2号层回风大巷图18201工作面巷道布设示意图
89··
2019年第7
期2019年7月
对顶板进行预裂爆破试验施工。

先在8201切眼处做爆
破试验。

当工作面开采推进4m 后，从5201巷辅运顺槽侧进钻机，从2201巷皮带顺槽侧开始施工爆破孔。

考虑到2201巷皮带顺槽尾距工作面5m 处存在一密闭盲巷，为避免受爆破影响，远离盲巷20m 开始进行爆破切缝。

将20～70m 段作为试验段，试验分8段进行：单孔试验每段5m ，分别为20~25m 段、25~30m 段、30~35m 段、35~40m 段、40~45m 段、45~50m 段，通过单孔爆破试验确定合理的装药量和封泥长度；对50～60m 段进行间隔爆破试验，通过空孔观察两相邻装药孔间空孔内裂纹情况；如果两相邻装药孔间空孔内裂纹未达到裂隙标准，再对60～70m 段进行连续爆破试验，最终确定一次爆孔数及爆破方式等[3]。

图2爆破后炮孔各区分布示意图
3预裂爆破效果分析
依据所设计的深孔预裂爆破方案，选择采用型号
为ZLJ-500的液压钻机布设爆破钻孔。

放炮时，选用BF-200型起爆装置，采用“局部并联，总体串联”的方式，按照分组装药、分次爆破的原则进行。

起爆时，从开切眼进风巷到运输巷依次进行。

预裂爆破后，工作面退出开切眼，除了端头和端尾范围内部分顶板未垮落外，其余顶煤全部充分垮落。

采煤机机头向内推进19.3m 、机尾向内推进24m 时，运输巷至回风巷的老塘顶煤全部充分垮落。

整个工作面共布设液压支架121组，两侧端部各布设过渡支架3组。

分别在1#、31#、62#、90#和120#支架上安设型号为YHY （B ）的液压支架光显数字测力仪，以便于对回采工作面的矿压进行实时监测。

图3和图4所示分别为62#、90#液压支架工作阻力分布曲线图。

由图3分析可知，自1月6日起，62#液压支架工作阻力显著增大；1月7日，液压支架工作阻力增加至支架额定工作阻力，并存在明显的波动；1月8日，工作面阻力极值达到6250kN ，表现出明显的来压倾向。

而在整个来压期间，顶板和两侧围岩整体状况良好，未伴随其他来压迹象。

经测定，来压步距为17m 左右。

图362#液压支架工作阻力分布曲线图
图490#液压支架工作阻力分布曲线图
分析图4并结合工作面现场实际状况可知，自1月6日开始，液压支架工作阻力呈现显著的增大趋势，但工作面阻力整体增加值相对有限，最大仅仅达到4300kN ；1月8日，液压支架工作阻力增加至支架额定工作阻力；1月9日，液压支架工作阻力达到极值，为6280kN ，此时来压步距为21.5m 。

经由对回采面各液压支架工作阻力的分析不难发现，顶板深孔预裂爆破作业后，工作面推进至17m 时出现老顶初次来压现象。

在初次来压期间，工作面顶板及周边煤墙均保持完好，同时采高保持正常，工作面瓦斯涌出量处于可控范围内。

而根据以往回采实测数据可知，未采取顶板预裂爆破措施前，工作面老顶初次来压步距处于25~30m 范围内，且来压期间工作面瓦斯涌出量显著增加，顶板和煤墙破碎严重。

进行顶板深孔预裂爆破，达到了预期目的，实现了对回采面作业安全的有力保证。

4结语
坚硬顶板作为井下生产中十分常见的一种形式，一旦初采时空顶距离过大，容易在顶板初次来压期间造成冲击地压，从而对生产安全造成严重威胁。

有鉴于此，煤矿企业应当重视相关问题，在生产作业时积极探索适宜的顶板控制技术，通过人工放顶缩短空顶距离，从而为回采面的生产安全提供坚实保障。

参考文献：
［1］张越，李明泽.关于煤矿综采工作面厚硬砂岩顶板深孔预裂爆
破及矿压显现特征的研究［J ］.冶金与材料，2018，38(5)：29-30.［2］牛广欣，姚博，康天合.短综放面初采爆破预裂顶板现场试验
研究［J ］.煤炭技术，2018，37(3)：38-41.
［3］徐庶泽.新集二矿211113综采面坚硬顶板深孔预裂爆破技术
与实践［J ］.中国煤炭，2018，44(1)：116-121.
（责任编辑：刘晓芳）
扩腔区炮孔
裂隙区
压碎区6300
56705040441037803150252018901
260630
终止日期：2019-01-08起始日期：2019-01-03
工作面名称：8201
分机3立柱：
整架061218061218061218061218061218061218001-0301-0401-0501-0601-0701-08
时刻
630056705040441037803150252018901
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终止日期：2019-01-11起始日期：2019-01-04
工作面名称：8201
分机3立柱：整架06121806121806121806121806121806121801-0401-0501-0601-0901-11
时刻
061218061201-0701-0801-1090··。