切顶卸压爆破沿空留巷技术浅析_岳宁
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矿山天地
切顶卸压爆破沿空留巷技术浅析
岳宁 金思德 邱善东 （兖州煤业股份有限公司南屯煤矿）
摘要：采用爆破技术预裂顶板，利用采场周期来压沿空切顶，形 工工艺简单，应用时只需在预裂线上施工炮孔采用双向聚
成对上覆老顶岩梁的支撑结构，控制老顶的回转和下沉变形，实现卸 能装置装药，并使聚能方向对应于岩体预裂方向。爆轰产 压作用；切落的顶板形成巷帮，从而保留工作面下顺槽，作为邻近工 物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中拉张应 作面上顺槽，改变传统长壁开采一面双巷模式为一面单巷采掘模式。 力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于钻孔间
双向聚能管结构见图 2- 2。设计聚能孔直径为 4mm， 全，1990 年.
聚能孔的孔间距（中心到中心）为 8mm。聚能管长度一般
[3]郑福良.浅谈深孔控制卸压爆破中的合理封孔长度，煤矿安
取炮孔长度的 60% ～70% 效果最好。
全，1990 年.
152
参考文献： [1]王兆丰，李杰等.抽采钻孔封孔失效的二次处理措施[J].煤矿 安全，2012，43（5）：86- 88. [2]王兆丰.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[J].焦作工 学院（自然科学版），2003，22(4)241- 246. [3]黄鑫业，蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[J].
扰，进行预裂爆破切顶施工。
②单孔装药量过多，爆破时能量过大，会导致顶板严
在新切眼施工过程中揭露新断层，为了消除断层影 重破坏，甚至导致顶板大面积垮落，增加返修维护及清矸
响，保证工程质量，确定切顶开始位置为新切眼后 50m。 的工程量，影响顺槽使用，甚至危害施工人员安全。
2.2.1 炮孔深度（预裂爆破切缝高度）设计
表 3 堵漏前、后抽采纯量对比表
孔号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
堵漏前瓦斯抽 51 53 9 14 4 3 8 41 9 1
采纯量 m3/d 74 91 16 50 104 10 36 102 95 39
堵漏后瓦斯抽
采纯量 m3/d
表中可以看出，采取堵漏措施后，每天单孔平均抽采 瓦斯纯量由 19m3 提高到 62m3，每天抽采瓦斯纯量提高 了 3.3 倍。合成树脂法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由 26m3 提高到 67m3，封孔器法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由 12m3 提高到 56m3。
为了便于聚能管的安装，炮孔直径必须大于聚能管直径； ②减小采掘比，提高生产效率，操作简单，造价低廉。
为保证聚能管在炮孔中定向固定及爆破时聚能效果；根据
③避免留设煤柱引发的冲击地压、瓦斯突出、自燃等
理论分析及现场试验，炮孔直径一般比聚能管直径大 灾害。
4~7mm。
切顶卸压沿空留巷新技术，避免了留设煤柱造成的资
净高 =3.4×2.0m，断面面积：6.8m2。
1000mm 辅助炮孔单孔装Leabharlann Baidu 1 卷。
经理论分析并结合现场经验（顶板垮落容易），设计炮
炮孔具体布置方式见图 2- 3。
孔深度 4m，向工作面侧偏转 5°（施工方便且顶板垮落更
容易）。
这既保证了足够的切顶深度，也充分利用了顶板性
质，减小施工量加快施工进度，提高了生产效率。为保证爆
关键词：爆破 切顶卸压 沿空 留巷
的岩石是拉断的，爆破炸药单耗将大大下降，同时由于聚 1 概述 南屯煤矿 1610 上轨道顺槽采用留煤柱沿空留巷方 能装置对围岩的保护钻孔周边岩体所受损伤也大大降低，
所以该技术可以达到实现预裂的同时又可以保护沿空巷 式，这种方式施工方法简单，但是煤垛支撑顶板效果较差，
向有聚能效应的聚能装置，炸药起爆后，炮孔围岩在非设 全，在选择起始位置时，要综合考虑多种因素，慎重选择。
定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，从而实现
跟据十一采区其他工作面实测矿压资料，预计该工作
被爆破体按照设定方向拉张断裂成型。
面的矿压情况如下：①直接顶初次跨落步距为 14～25m。
该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向控制 ②老顶初次来压步距为 25～30m。③老顶周期来压步距
树脂法堵漏后平均浓度由 14.3% 提高到 28.2% ，封孔器 不到预定值，而浆液只是把较大一点的裂隙充填满了，一
法堵漏后平均浓度由 10.6% 提高到 52.5% ，可以看出封 些小的裂隙未被完全充填，但两种堵漏方法均可以提高抽
孔器法明显好于合成树脂法。
采浓度，为工作面提前抽采达标奠定了基础。
表 2 堵漏前、后抽采浓度对比表
道顶板的目的。 且强度不足，亦不能切断采空区顶板来压途径，可能被动
压压垮破坏，影响工作面回采。遗留的煤垛无法开采利用，
造成资源浪费。
针对以上存在的问题，提出了切顶卸压沿空留巷新技术，
进行了系统的理论与配套技术研究，并取得了突破性进展。
2 切顶卸压沿空留巷技术浅析
2.1 切顶卸压爆破技术方案及参数设计
工工程量。
面较光滑平整，保证切落顶板完整性；采用孔间距为
根据现场实测地质钻孔柱状情况，1610 工作面煤层 800mm，孔深 4000mm，两孔中间设置深度 1000mm 辅
顶板十下灰岩厚度为 4.1~6.2m，平均厚度 5m；煤层平均 助炮孔。采用二级煤矿水胶炸药，炸药规格为：直径
厚度 0.9m；1610 上轨道顺槽，断面为矩形，规格：净宽× Φ27mm ×400mm/ 卷。4000mm 炮孔单孔装药 4 卷，
切顶卸压沿空留巷技术采用双向聚能爆破技术来实
图 2-1 切顶卸压沿空留巷预期效果图
现其对顶板的定向切割。双向聚能拉张成型爆破新技术是
2.2 切顶卸压起始位置
在常规爆破和控制爆破基础上发展起来的一种新型岩体
切顶卸压沿空留巷起始位置的选择在一定程度上影响
聚能控制爆破技术，其概念是指将药包放入在两个设定方 着最终的成巷效果。为保证工程项目的顺利实施及施工安
5 结论
孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5.1 采用合成树脂堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由
堵漏前瓦 20.0 19.2 6.2 6.1 20.0 8.0 15.1 8.6 18.6 2.5 斯浓度% 堵漏后瓦 27.0 32.0 24.0 18.0 40.0 17.6 37.6 93.3 68.9 45.2 斯浓度%
钻孔深度 （mm）
装药长度 （mm）
封孔长度 （mm）
装药量（卷） （mm）
准为：①聚能管直径大于药卷直径。为了使药卷能较为顺 800 4000（1000） 2800
1200
4
利的放入聚能管内，聚能管的直径必须大于药卷直径；但
3 主要结论
是聚能管直径不能无限制的大，必须保证药卷在聚能管中
技术优点：
能被固定住，保证爆破质量。②炮孔直径大于聚能管直径。 ①消除临近工作面煤体上方应力集中。
综上述，封孔器堵漏和合成树脂堵漏，都能够提高抽 煤炭科学技术，2011，39(10):45- 48.
151
矿山天地
顺槽超前影响范围及巷道变形预计：①顺槽超前压力
2.2.3 切顶炮孔间距及炮孔装药量设计
影 响 范 围 为 20 ～25m。 ② 顶 底 板 相 对 移 近 量 为 30 ～
单孔装药量与炮孔之间间距成正比关系。单孔装药量
12.4% 提高到 33.5% ，提高了 2.7 倍，抽采瓦斯纯量由 26m3 提高到 67m3，提高了 2.6 倍。
5.2 采用封孔器堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由 10.6% 提高到 52.5% ，提高了 5 倍，抽采瓦斯纯量由 12m3/d 提高到 56m3/d，提高了 4.7 倍。
5.3 低浓度抽采钻孔堵漏技术，可以使一些低浓度钻 孔得到重新利用，有效地提高瓦斯抽采浓度，保证了瓦斯 抽采效果，缩短了抽采周期，为矿井持续发展取得显著的 经济效益。
破切顶效果，设置 1m 深辅助炮孔并装药爆破。打孔施工
要保证炮孔质量,应平直齐，炮孔布设应确保对齐，成一条 直线，炮孔的角度和孔位应按技术要求严格操作。
2.2.2 炸药直径、聚能管径与炮孔直径三径匹配
图 2-3 沿空护巷聚能爆破炮孔间距（mm）布置平面图
2.2.4 聚能爆破参数汇总
爆破参数统计表
炸药药卷直径（d1）、聚能管径与（d2）、炮孔直径（d3） 孔间距 三者之间必须相互适应，以保证最佳的爆破效果。选择标 （mm）
50mm。③两帮相对移近量为 60～90mm。
与炮孔孔间距的确定直接影响定向爆破切顶效果。
新切眼位于距停采线 350m 处。
①单孔装药量越多，定向聚能爆破时产生的纵向裂缝
根据顶板初次来压步距为 25～30m，可确定于新开 向两侧延伸越远，两炮孔之间的孔间距就可设置的越大，
切眼后 15m（初次来压步距的 1/2）即可消除新切眼的干 可减少钻孔施工工程量，加快施工进度，提高生产效率。
因此确定适当的单孔装药量及炮孔孔间距是决定切
聚能爆破炮孔深度与煤层顶、底板岩性及厚度，煤层 顶卸压沿空留巷技术成败的关键。
厚度，工作面采高及顺槽断面尺寸有密切联系。炮孔深度
根据已完成的现场爆破试验，结合理论分析，基于现
是否合适将直接影响到爆破切顶效果，顶板垮落程度及施 场已有材料；为了既保证切缝贯通效果，又能确保爆破切
爆破方法的基础上发展起来的一种新型聚能爆破技术，施 为 8～12m。
（上接第 150 页）
12.4% 提高到 33.5% ，浓度提高了 2.7 倍，尤其是 8# 抽采 采浓度，合成树脂法提高的浓度及瓦斯纯量方面不及封孔
孔，抽采浓度由 8.6% 提高到 93.3% ，效果较明显。用合成 器法。分析认为：合成树脂抗压能力偏小，致使注浆压力达
好地紧密耦合又保证了药卷能较易放入聚能管中。
切顶卸压沿空留巷新技术，在消除临近工作面煤体上
方应力集中的同时，避免了瓦斯突出、冲击地压隐患，具有
明显的安全效益。
参考文献：
图 2-2 聚能管加工示意图
[1]孙恒虎，赵炳利.沿空留巷的理论与实践，1993 年. [2]李会良，邢昭芳.深孔控制卸压爆破机理和防突试验，煤矿安
根据理论研究和综合现场已有设备，选择外径 Ф32mm 源浪费，提高资源回收率，减小采掘比，提高生产效率；减
聚能管，与之相匹配的最佳炮孔直径为 38mm，炸药直径 小巷道掘进及返修工程量，简化工作面端头维护工作量，
为 27mm，钻头直径 38mm。这样既能保证药径与管径很 降低工人劳动强度，能取得显著的社会效益。
切顶卸压爆破沿空留巷技术浅析
岳宁 金思德 邱善东 （兖州煤业股份有限公司南屯煤矿）
摘要：采用爆破技术预裂顶板，利用采场周期来压沿空切顶，形 工工艺简单，应用时只需在预裂线上施工炮孔采用双向聚
成对上覆老顶岩梁的支撑结构，控制老顶的回转和下沉变形，实现卸 能装置装药，并使聚能方向对应于岩体预裂方向。爆轰产 压作用；切落的顶板形成巷帮，从而保留工作面下顺槽，作为邻近工 物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中拉张应 作面上顺槽，改变传统长壁开采一面双巷模式为一面单巷采掘模式。 力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于钻孔间
双向聚能管结构见图 2- 2。设计聚能孔直径为 4mm， 全，1990 年.
聚能孔的孔间距（中心到中心）为 8mm。聚能管长度一般
[3]郑福良.浅谈深孔控制卸压爆破中的合理封孔长度，煤矿安
取炮孔长度的 60% ～70% 效果最好。
全，1990 年.
152
参考文献： [1]王兆丰，李杰等.抽采钻孔封孔失效的二次处理措施[J].煤矿 安全，2012，43（5）：86- 88. [2]王兆丰.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[J].焦作工 学院（自然科学版），2003，22(4)241- 246. [3]黄鑫业，蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究[J].
扰，进行预裂爆破切顶施工。
②单孔装药量过多，爆破时能量过大，会导致顶板严
在新切眼施工过程中揭露新断层，为了消除断层影 重破坏，甚至导致顶板大面积垮落，增加返修维护及清矸
响，保证工程质量，确定切顶开始位置为新切眼后 50m。 的工程量，影响顺槽使用，甚至危害施工人员安全。
2.2.1 炮孔深度（预裂爆破切缝高度）设计
表 3 堵漏前、后抽采纯量对比表
孔号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
堵漏前瓦斯抽 51 53 9 14 4 3 8 41 9 1
采纯量 m3/d 74 91 16 50 104 10 36 102 95 39
堵漏后瓦斯抽
采纯量 m3/d
表中可以看出，采取堵漏措施后，每天单孔平均抽采 瓦斯纯量由 19m3 提高到 62m3，每天抽采瓦斯纯量提高 了 3.3 倍。合成树脂法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由 26m3 提高到 67m3，封孔器法堵漏后每天抽采瓦斯纯量由 12m3 提高到 56m3。
为了便于聚能管的安装，炮孔直径必须大于聚能管直径； ②减小采掘比，提高生产效率，操作简单，造价低廉。
为保证聚能管在炮孔中定向固定及爆破时聚能效果；根据
③避免留设煤柱引发的冲击地压、瓦斯突出、自燃等
理论分析及现场试验，炮孔直径一般比聚能管直径大 灾害。
4~7mm。
切顶卸压沿空留巷新技术，避免了留设煤柱造成的资
净高 =3.4×2.0m，断面面积：6.8m2。
1000mm 辅助炮孔单孔装Leabharlann Baidu 1 卷。
经理论分析并结合现场经验（顶板垮落容易），设计炮
炮孔具体布置方式见图 2- 3。
孔深度 4m，向工作面侧偏转 5°（施工方便且顶板垮落更
容易）。
这既保证了足够的切顶深度，也充分利用了顶板性
质，减小施工量加快施工进度，提高了生产效率。为保证爆
关键词：爆破 切顶卸压 沿空 留巷
的岩石是拉断的，爆破炸药单耗将大大下降，同时由于聚 1 概述 南屯煤矿 1610 上轨道顺槽采用留煤柱沿空留巷方 能装置对围岩的保护钻孔周边岩体所受损伤也大大降低，
所以该技术可以达到实现预裂的同时又可以保护沿空巷 式，这种方式施工方法简单，但是煤垛支撑顶板效果较差，
向有聚能效应的聚能装置，炸药起爆后，炮孔围岩在非设 全，在选择起始位置时，要综合考虑多种因素，慎重选择。
定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，从而实现
跟据十一采区其他工作面实测矿压资料，预计该工作
被爆破体按照设定方向拉张断裂成型。
面的矿压情况如下：①直接顶初次跨落步距为 14～25m。
该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向控制 ②老顶初次来压步距为 25～30m。③老顶周期来压步距
树脂法堵漏后平均浓度由 14.3% 提高到 28.2% ，封孔器 不到预定值，而浆液只是把较大一点的裂隙充填满了，一
法堵漏后平均浓度由 10.6% 提高到 52.5% ，可以看出封 些小的裂隙未被完全充填，但两种堵漏方法均可以提高抽
孔器法明显好于合成树脂法。
采浓度，为工作面提前抽采达标奠定了基础。
表 2 堵漏前、后抽采浓度对比表
道顶板的目的。 且强度不足，亦不能切断采空区顶板来压途径，可能被动
压压垮破坏，影响工作面回采。遗留的煤垛无法开采利用，
造成资源浪费。
针对以上存在的问题，提出了切顶卸压沿空留巷新技术，
进行了系统的理论与配套技术研究，并取得了突破性进展。
2 切顶卸压沿空留巷技术浅析
2.1 切顶卸压爆破技术方案及参数设计
工工程量。
面较光滑平整，保证切落顶板完整性；采用孔间距为
根据现场实测地质钻孔柱状情况，1610 工作面煤层 800mm，孔深 4000mm，两孔中间设置深度 1000mm 辅
顶板十下灰岩厚度为 4.1~6.2m，平均厚度 5m；煤层平均 助炮孔。采用二级煤矿水胶炸药，炸药规格为：直径
厚度 0.9m；1610 上轨道顺槽，断面为矩形，规格：净宽× Φ27mm ×400mm/ 卷。4000mm 炮孔单孔装药 4 卷，
切顶卸压沿空留巷技术采用双向聚能爆破技术来实
图 2-1 切顶卸压沿空留巷预期效果图
现其对顶板的定向切割。双向聚能拉张成型爆破新技术是
2.2 切顶卸压起始位置
在常规爆破和控制爆破基础上发展起来的一种新型岩体
切顶卸压沿空留巷起始位置的选择在一定程度上影响
聚能控制爆破技术，其概念是指将药包放入在两个设定方 着最终的成巷效果。为保证工程项目的顺利实施及施工安
5 结论
孔号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5.1 采用合成树脂堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由
堵漏前瓦 20.0 19.2 6.2 6.1 20.0 8.0 15.1 8.6 18.6 2.5 斯浓度% 堵漏后瓦 27.0 32.0 24.0 18.0 40.0 17.6 37.6 93.3 68.9 45.2 斯浓度%
钻孔深度 （mm）
装药长度 （mm）
封孔长度 （mm）
装药量（卷） （mm）
准为：①聚能管直径大于药卷直径。为了使药卷能较为顺 800 4000（1000） 2800
1200
4
利的放入聚能管内，聚能管的直径必须大于药卷直径；但
3 主要结论
是聚能管直径不能无限制的大，必须保证药卷在聚能管中
技术优点：
能被固定住，保证爆破质量。②炮孔直径大于聚能管直径。 ①消除临近工作面煤体上方应力集中。
综上述，封孔器堵漏和合成树脂堵漏，都能够提高抽 煤炭科学技术，2011，39(10):45- 48.
151
矿山天地
顺槽超前影响范围及巷道变形预计：①顺槽超前压力
2.2.3 切顶炮孔间距及炮孔装药量设计
影 响 范 围 为 20 ～25m。 ② 顶 底 板 相 对 移 近 量 为 30 ～
单孔装药量与炮孔之间间距成正比关系。单孔装药量
12.4% 提高到 33.5% ，提高了 2.7 倍，抽采瓦斯纯量由 26m3 提高到 67m3，提高了 2.6 倍。
5.2 采用封孔器堵漏方法后，单孔平均抽采浓度由 10.6% 提高到 52.5% ，提高了 5 倍，抽采瓦斯纯量由 12m3/d 提高到 56m3/d，提高了 4.7 倍。
5.3 低浓度抽采钻孔堵漏技术，可以使一些低浓度钻 孔得到重新利用，有效地提高瓦斯抽采浓度，保证了瓦斯 抽采效果，缩短了抽采周期，为矿井持续发展取得显著的 经济效益。
破切顶效果，设置 1m 深辅助炮孔并装药爆破。打孔施工
要保证炮孔质量,应平直齐，炮孔布设应确保对齐，成一条 直线，炮孔的角度和孔位应按技术要求严格操作。
2.2.2 炸药直径、聚能管径与炮孔直径三径匹配
图 2-3 沿空护巷聚能爆破炮孔间距（mm）布置平面图
2.2.4 聚能爆破参数汇总
爆破参数统计表
炸药药卷直径（d1）、聚能管径与（d2）、炮孔直径（d3） 孔间距 三者之间必须相互适应，以保证最佳的爆破效果。选择标 （mm）
50mm。③两帮相对移近量为 60～90mm。
与炮孔孔间距的确定直接影响定向爆破切顶效果。
新切眼位于距停采线 350m 处。
①单孔装药量越多，定向聚能爆破时产生的纵向裂缝
根据顶板初次来压步距为 25～30m，可确定于新开 向两侧延伸越远，两炮孔之间的孔间距就可设置的越大，
切眼后 15m（初次来压步距的 1/2）即可消除新切眼的干 可减少钻孔施工工程量，加快施工进度，提高生产效率。
因此确定适当的单孔装药量及炮孔孔间距是决定切
聚能爆破炮孔深度与煤层顶、底板岩性及厚度，煤层 顶卸压沿空留巷技术成败的关键。
厚度，工作面采高及顺槽断面尺寸有密切联系。炮孔深度
根据已完成的现场爆破试验，结合理论分析，基于现
是否合适将直接影响到爆破切顶效果，顶板垮落程度及施 场已有材料；为了既保证切缝贯通效果，又能确保爆破切
爆破方法的基础上发展起来的一种新型聚能爆破技术，施 为 8～12m。
（上接第 150 页）
12.4% 提高到 33.5% ，浓度提高了 2.7 倍，尤其是 8# 抽采 采浓度，合成树脂法提高的浓度及瓦斯纯量方面不及封孔
孔，抽采浓度由 8.6% 提高到 93.3% ，效果较明显。用合成 器法。分析认为：合成树脂抗压能力偏小，致使注浆压力达
好地紧密耦合又保证了药卷能较易放入聚能管中。
切顶卸压沿空留巷新技术，在消除临近工作面煤体上
方应力集中的同时，避免了瓦斯突出、冲击地压隐患，具有
明显的安全效益。
参考文献：
图 2-2 聚能管加工示意图
[1]孙恒虎，赵炳利.沿空留巷的理论与实践，1993 年. [2]李会良，邢昭芳.深孔控制卸压爆破机理和防突试验，煤矿安
根据理论研究和综合现场已有设备，选择外径 Ф32mm 源浪费，提高资源回收率，减小采掘比，提高生产效率；减
聚能管，与之相匹配的最佳炮孔直径为 38mm，炸药直径 小巷道掘进及返修工程量，简化工作面端头维护工作量，
为 27mm，钻头直径 38mm。这样既能保证药径与管径很 降低工人劳动强度，能取得显著的社会效益。