浅析俄霍布拉克煤矿1108、1110工作面超前预爆破控制坚硬顶板技术

娄德峰　买买提·沙依提·依坎白尔迪

摘要：文章针对俄霍布拉克煤矿下煤顶板特征，采用超前预爆破方法，并改进其预爆破方案，大幅降低了因采空区顶板大面积悬空，初次来压的强度和初次来压形成暴风的可能性，同时很大程度上消除了初次来压压垮支架、推垮工作面的安全生产事故，提高了矿井生产能力，从而达到该面的安全生产目的。

关键词：标准砂岩；坚硬顶板；超前预爆破；控制顶板

中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0108-03

俄霍布拉克煤矿（以下简称俄矿）下1煤层位于侏罗系下统塔里奇克组上段。其老顶标准砂岩最大厚度达300m。煤层厚度0.89～4.16m，平均厚度3.5m，煤层赋存条件较好，结构简单，顶板由坚硬钙质胶结的砾岩和粗砂岩组成。俄矿综采工作面斜长较长，一般为180m左右，初次来压步距较长，曾经发生过因采空区顶板大面积悬顶，而初次来压时造成压死支架设备事故。

因此，为了缩短初次来压步距，减小老顶初次来压时的采空区顶板面积，避免不必要的人员伤亡和经济损失，确保矿井安全生产，本文主要对矿井1108、1110工作面回采过程中超前预爆破技术控制顶板的应用情况及实施过程做了详细的论述。

1 工作面概况

1108、1110综采工作面位于主斜井以东，位于矿井一水平东一里采区下1煤层。上部为1106采空区，西部为1102-1、1102-2采空区，下部和东部是未采区。

下1煤层黑色，块状构造，光亮型，垂直裂隙发育，局部煤层变质程度较差，煤层厚度平均3.5m，煤层平均倾角为13°，煤层厚度变化不大，煤层结构简单，无夹矸。1108工作面斜长178m，走向长度1748m；1110工作面斜长177m，走向长2148m。

下1煤层伪顶：泥岩，灰黑色，泥质结构，块状构造，上部含炭质，松散破碎，极易冒落，伪顶厚度0.6～0.9m，平均0.75m。

老顶：中粗粒砂岩，灰白色，块状构造，底部大部含砾石，局部受海水或河流同生冲蚀作用，顶板层面上出现大小不一的凹坑、槽沟。上部岩性呈粉砂，遇水易松软冒落。厚约26m。

2 基本目的和原则及方案设计

2.1 基本目的和原则

以破坏顶板的坚硬完整性为前提，对初次来压期间的顶板实施有效控制，从而达到使其早点垮落，避免采空区顶板大面积悬空，而造成的初次来压时顶板下沉切顶、压支架等事故，同时减少初次来压形成风暴的可能性和人员伤亡及重大经济损失。根据两个工作面直接顶和老顶厚度及其顶板岩性情况设计预爆破方案，在超前工作面一定距离，向煤层顶板岩体内布置炮孔，超前工作面进行预爆破，在顶板岩体中造成人工爆破裂隙带，同时扰动和削弱原生弱面（节理、裂隙等）之间及原岩的摩擦粘结强度。

随着工作面的推进，岩体中原岩应力场受采动应力的影响，使得原生及人工裂隙不断地扩展和分支，改变了岩体力学结构特征，从而大大降低岩体的强度，加快了采空区顶板岩体的变形破坏速度，提高了顶板的可冒性，减少悬顶面积，降低了工作面来压峰值，并使压力峰值向工作面前方煤体内移动，最终实现工作面支架在允许载荷条件下安全运行。

2.2 方案设计

由于工作面斜长较大，考虑工作面中部顶板易于垮落，为充分保证初次放顶对老顶承压层的切断作用，设计确定主要针对工作面上、下两端，采用布置两组初次放顶孔的方式进行初次放顶。其中主要初放孔距离开切眼煤壁25m，辅助初放孔位于开切眼上、下两端。为利于钻孔、装药、充填堵孔施工，原则上下端炮孔长度控制在60m以内，仰角控制在30°以内。

第一组：主要初次放顶孔

上、下顺槽内各布置三个初次放顶孔，分别为：一个老顶切断孔、一个辅助切断孔、一个端头切断孔。采用双侧扇形布孔方式，该组初次放顶孔距开切眼煤壁25m如图1所示：

图1 1110工作面初次放顶第一组炮孔布置

第二组：辅助初次放顶孔

在工作面开切眼的上、下两端各布置一个辅助切断孔，平行开切眼布置如图2所示：

图2 1110工作面初次放顶第二组炮孔布置

为了提高爆破效果，炮眼布置在距切眼中心线向里2.5m处，共布置120个炮眼，孔间距1.5m，其孔深2m，另外，工作面推进51m和71m时分别在工作面内朝老塘方向布置三个孔，总体来说，该工作面内、两道加起来共布置了15个孔，炮眼总长度648m，其孔深24m的3个孔，36m的3个孔，其余都是孔深55m的孔，炮眼水平转角为20°～90°之间，炮眼仰角为7°～30°之间炮眼布置图见图1和

图2。

3 施工方法

炮眼采用油压150潜孔岩石钻机施工，钻头为Φ85mm合金钢钻头，成孔直径为90mm，选用BQF-100型封孔器，受风压0.7MPa，堵孔时向孔内输送黄土细砂。采用二级煤矿许用乳化炸药，防静电塑料壳包装，规格：直径60mm，长度500mm，单位重量3.0kg/m，联结方式为丝扣联结式，选用煤矿安全防水抗拉导爆索和选用毫秒延期电雷管，利用MFB-100型电容式发爆器起爆，其联接方式为串联，采用电雷管起爆导爆索，导爆索起爆炸药的起爆方式。每孔装药量分别为36kg、45kg、66kg、75kg、78kg、90kg、96kg，总装药量1157kg，堵孔水泥长度276.5m。

先打完炮眼，提前准备好炸药、导爆索、雷管、堵孔水泥和黄土砂，将黄土和砂子按一定比例配调，同时安排装药人员和放炮员。待炮眼施工完毕之后，专管人员来检验，并记录其编号、孔深、倾角、仰角等参数。待一切准备就绪之后开始装药，按设计要求将煤矿安全防水抗拉导爆索与二级煤矿许用乳化炸药连接完之后由人工顶推进孔内，然后用BQF-100型封孔器，受风压0.7MPa，堵孔时向孔内输送黄土细砂和专用堵孔水泥（快干水泥）并捣实；为了防止孔内已装完的水泥和炸药下滑，用止滑木塞防止下滑，最后联接雷管并悬挂放炮

母线。

4 爆破参数优化及效果分析

开始1108工作面实施超前预爆破效果较好。后来出现工作面两头顶板超前破碎、压力大，巷道变形量大、底鼓严重，煤壁片帮严重等现象，通过分析是由于炮眼间距短、炮眼数量和装药量多、炮眼倾角大等原因造成的。后来将爆破参数进行适当的调整，将原来1108炮眼间距10m调整到25m，炮孔数量和装药量逐渐调少，炮眼倾角将原来的12°调整到7°。1110工作面超前预爆破参数根据1108调整后方案实施，工作面支架后面采空区顶板随支架的移置自然冒落，形成一个长155m，深5～6m的凹槽，界面上冲击波衰减为应力波，顶板紧跟工作面冒落，有效地控制顶板正常跨落，消除了工作面初次来压形成风暴的现象和周期来压压垮支架、推垮工作面的安全生产事故，支架的承载力远远减少，煤机及支架设备安全运行，提高了矿井生产能力。正因为此次超前预爆破效果好，1110工作面回采过程中未出现过采空区顶板大面积悬空、切顶、压支架和风暴等现象。

5 结语

经过两次超前预爆破技术的实践，积累了一定的超前预爆破经验，根据下1煤层顶板岩性及地质构造情况，通过对超前预爆破参数进行适当的调整，实施超前预爆破工作，有效降低了工作面周期来压的强度，减少顶板下沉切顶和初次来压形成暴风，有效避免了顶板事故的发生。该技术在我矿坚硬顶板工作面回采过程中起到非常重要的作用，同时对同类型矿井坚硬顶板综采工作面回采有一定的指导意义。

作者简介：娄德峰（1969-），男，江苏徐州人，徐州矿务集团新疆天山矿业公司生产技术部部长，助理工程师；买买提·沙依提·依坎白尔迪（1979-），男，新疆克州人，徐州矿务集团新疆天山矿业公司生产技术部部长助理，助理工程师。

（责任编辑：叶小坚）