林华煤矿综采工作面厚硬砂岩顶板深孔的预裂爆破技术方案

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林华煤矿综采工作面厚硬砂岩顶板深孔的预裂爆破技术方案

江甫怀

（国家电投集团贵州金元贵州林华矿业有限公司，贵州金沙５５１８００）

摘　要：针对林华煤矿综采工作面实际情况，对其厚硬砂岩顶板深孔预裂爆破的设计与技术方案进行深入分析，并通过实践观测验证了方案的可操作性，为类似情况提供参考。关键词：综采工作面；厚硬砂岩顶板；深孔预裂爆破中图分类号：ＴＤ２３５

文献标识码：Ａ

文章编号：２０９６－２３３９（２０１９）０２－００８９－０２

　　对深部煤层进行开采时，厚硬顶板将支架压坏或压

遵循矸石垫层实际厚度不能比采高小的基本原则，从而减小支架受到的冲击。顶板深度按下列公式进行计算：

Ｈ＝Ｍ／（Ｋｐ－１）（１）式（１）中，Ｍ为采高，ｍ；Ｋｐ为岩石经破碎以后的体积膨胀系数，取１．３。２．３　炮孔角度

炮眼角度是保证坚硬顶板爆破放顶高度和长度的一个重要参数，倾角过大，导致爆破沿煤层倾向方向爆破范围缩小，炮眼数目增多，工作量增大；倾角过小，虽然可以增大煤层倾向的爆破范围，但装药位置与顶板的距离减少，爆破后可能导致顶板过于破碎，采煤时顶板难于管理，因此，必须确定合理的炮眼角度。炮眼角度与炮眼深度、煤层倾角、顶板处理高度、炮眼开孔位置与顶板的距离有关。炮眼角度一般有两个方向角，即侧向工作面水平角和仰角。如果设计水平角，将使炮眼长度和仰角加大，钻眼定位相对复杂，装药难度加大；另外，侧向工作面的角度一般为１０°～１５°，对放顶效果影响甚微。因此目前较多地采用炮眼方向与工作面平行，不考虑水平角。２．４　炮孔深度

超前深孔爆破的炮孔长度主要与切眼的长度及煤层倾角因素有关。当切眼的长度小于１２０ｍ时，采用单向钻孔，也就是从回风平巷向顶板进行钻孔，为减少机巷受２０ｍ。如果切眼长度超过１２０ｍ，采用双向钻孔，炮孔孔底在水平方向上的距离应大于１０ｍ。对炮孔深度进行计算时，应先确定爆破的长度，也就是水平方向上炮眼投影长度，然后根据这一长度，结合炮孔的倾角对炮孔深度进行计算。２．５　炮孔间排距

待强制放顶结束以后，裂隙带实际宽度应满足要求，一旦宽度超出允许范围，虽对冒落有利，但可能导致顶板太过破碎，使采煤过程中顶板管理工作变得十分复杂和困难，同时钻孔以及爆破等的工作量均大幅增加。为了使坚硬顶板也可以在要求的时间段内完成冒落，需要确到爆破施工的影响，机巷和孔底之间的水平距离应大于

死的情况时有发生，而且厚硬顶板因具有良好整体性、强度高、冒落困难，若未能及时处理，将产生大面积的悬顶，有垮落危险，因此，需制定有效的深孔预裂爆破技术方案。

１　林华煤矿综采工作面概况

２０９８工作面位于华矿井二采区的东翼，其地面标高

为＋１２１０～＋１３４３ｍ，实际埋深２６４～４０７ｍ，煤层走向和８５８５０ｍ２。通过揭露分析，９＃煤层结构相对简单，无夹石。倾向长分别为５０５ｍ和１７０ｍ，倾角８°～１２°，总开采面积

２　爆破设计

在国内外，爆破强制放顶技术主要有以下两种：沿切眼顶板爆破强制放顶和沿风巷、机巷钻平行工作面超前深孔爆破放顶。超前松动方法对煤层的地质和技术条件适应性强，对工作面正常回采影响较小，所需专用设备少，并使完整性较好的顶板改变为人工裂隙发育的顶板，使不易冒落的顶板改变为易冒落顶板，减少采空区的悬顶面积，消除压力集聚。

采用钻孔直径为１１３ｍｍ的钻机打眼，炸药选用直径为６３ｍｍ的煤矿瓦斯抽采水胶药柱（即由特制的三级煤矿许用水胶炸药制作而成的深孔爆破药柱，每米３．３２．１　循环步距

ｋｇ）。雷管采用煤矿许用电雷管起爆。

在采区中对所有顶板部位都要进行松动爆破，以此实现将岩石软化，使顶板达到与工作面良好配合冒落的目标，但是这样做的工作量会很大，需要的成本高。对此，首先要确定适宜的循环步距，循环步距应比采场支架能承受的周期来压步距小，确保坚硬顶板可以按照合适的循环步距进行有序冒落。循环步距主要和顶板中裂缝发育情况、岩性及厚度等因素有关，需要综合考虑顶板来压规律、岩石力学性质及砂岩的厚度，本次循环步距取２０ｍ。２．２　放顶高度

在确定适宜的放顶高度过程中，为了保证缓冲作用，并为老顶来压过程中防治暴风威胁奠定良好基础，需要

作者简介：江甫怀（１９８２－），男，贵州六枝人，本科，工程师，主要从事煤矿开采管理工作。

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第３４卷第２期２０１９年４月

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定符合实际要求的爆破宽度。爆破宽度实际上就是炮孔排数量，它受切眼长度因素影响，即切眼的长度相对较短时，顶板必定会受到持续夹制作用，确保悬空顶板处在相对较好的稳定状态，但容易产生相对较大的裂隙带。待爆破结束后，不同的裂隙将汇聚成一个整体裂隙网。

目前最为常用的对爆破裂隙圈的半径进行计算的公式为：

　　（２）爆破网路。为了使爆破网路能够安全起爆，每个炮眼装同段２发雷管或采用煤矿许用导爆索串联药柱，采用串联爆破网路起爆，这样能防止拒爆，保证爆破的安全性。

（３）装药与封孔。采用特制的药柱进行连续装药，

采用风动封孔机对孔口进行封堵，封堵材料为水泥浆液加华千素（水泥∶华千素＝１００∶１），深孔装药结构如图１Ｒæ／α

ｐ＝

１çｖＰＳｔö（２）Ｐ＝１è１－ｖ÷ø

ｒｂ式８ρ０Ｄ２æçｒｃö６èｒ÷ｎ

（３）

ｂø

＝（２）、（３）－中，Ｒｖ／（１－ｖ）；Ｄｐ为松动圈半径；α为应力波的衰减值，α２、ρ０分别为炸药的爆速与密度；ｒｃＳ、ｒｂ分别为药包和炮孔的半径；ｔ为岩体平均抗拉强度；ｖ为泊松比；ｎ为压力增大系数，在８～１１范围内取值。

３　爆破方案

由于２０９８工作面前期已经开采了一段距离，因此，此次爆破主要采用沿风巷、机巷钻平行工作面超前深孔爆破放顶的技术方案之间的间距为（１）切眼爆破。

１８ｍ，。第一次爆破和回风巷之间的间距为，工作面煤壁和运输巷

３１ｍ，爆破高度确定为５０ｍ。深孔爆破优势在于对生产的影响较小，可将顶板切断，减小初次来压步距，爆破参数如表１所示。

表１　爆破参数

孔号炮眼长度

１／仰角／（°）孔径装药长度

装药量封堵长度

１－－１２

６０ｍ

４７／／１８７２６１１３ｍｍ５０ｍ

１９８

／ｋｇ／２８７．１１０ｍ

１０１－－３小计４

７６４７６

１１３１１３７７１１３６６５０

２５０．８１０２２８３６０

２－１６３６３８０１．９１９８１０２－－２３８７４６１１３２４３２０７．９１０２２５７５２７１１３５３１１３

７７１９５６５２８７．１２１４．５１０小计

６４３．５１０

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所示。

图１　装药和封孔结构

爆，和爆破地点之间保持（４）起爆点位置。起爆点在机巷中２００ｍ以上距离，。

采取长距离起

４　结论

此，此次爆破主要采用沿风巷（１）由于２０９８工作面前期已经开采了一段距离、机巷钻平行工作面超前深，因

孔爆破放顶的技术方案目标（２），工作面支架受力和宏观矿压显现都得到有效控制经观测，采用以上方案实现了预期的预裂破断。

，达到安全高效开采目标，进而为相似条件下的开采积累了经验，同时也验证了这项技术具有良好的可操作性。

参考文献：

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［４］　吴３０．

理孔距研究　帅，李廷春［Ｊ］．，贾绪路科学技术与工程，等．过大落差断层深孔预裂爆破合

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