浅谈煤矿爆破冲击波对顶板失稳机理及防治措施

李其振， 阚吉亮

（山东科技大学矿业与安全工程学院， 山东 青岛 266510）

浅谈煤矿爆破冲击波对顶板失稳机理及防治措施

李其振， 阚吉亮

（山东科技大学矿业与安全工程学院， 山东 青岛 266510）

顶板事故是我国煤矿生产中的常见事故灾害，诱发顶板事故的原因比较复杂，井下爆破作业是导致顶板稳定性发生变化的重要原因之一。本文通过阐述冲击波的特点，分析冲击波作用下的顶板稳定性的失稳机理，并提出了不同的防治措施。

煤矿；爆破冲击波；顶板稳定性；防治措施

0 引言

近年来，我国的煤炭事业取得了巨大的发展，在煤矿建设机械化的过程中，多种大型设备有利的支持了矿井安全建设，各类煤矿事故率显著降低。但是随着矿井开采深度的增大，矿压剧增，顶板问题突出，煤矿顶板事故层出不穷，轻则导致顶板沉降、支架回缩、巷道壁片帮，重则就会发生冒顶、底鼓、支架受损、巷道破坏等现象，严重影响了煤矿企业正常的生产经营活动。井下爆破产生的冲击波是造成顶板事故重要的原因，爆破冲击波在巷道中衰减时间长，对顶板冲击强度大，能够扩大顶板裂隙，降低围岩强度，增加顶板事故的危险系数。本文主要介绍冲击波对顶板作用下的顶板失稳破坏机理并提出防治措施。

1 冲击波简介

冲击波主要分为正向冲击波、反向冲击波。炸药发生爆炸后，在高温、高压气体的作用下，炸药附近的空气以极大的速度向四周扩散，从而在所经过的路程上形成威力巨大的冲击波，称为正向冲击波。反向冲击波是由于爆炸发生后，由于爆炸气体从爆源点高速向外冲击，加上爆炸后生成的部分水蒸气很快冷却和凝聚，因而在爆源附近就形成了气体稀薄的低压区，在巨大的压差的作用下，爆源周围的气体以极高的速度反向冲回爆源处，如此便形成反向冲击波［1］。正向冲击波的冲击气流是高温、高压气体，在高温高压气体的左右下造成人员伤亡、巷道和器材设施破坏，同时容易使煤尘飞扬，导致煤尘爆炸，引发二次事故。反向冲击波的能量与正向冲击波的能量相比较小，但反向冲击波是在正向冲击波的叠加作用下产生的，其主要传播途径是正向冲击波已经破坏的区域，因此造成的破坏效果更加严重。

2 冲击波对顶板作用的失稳机理

爆破产生的冲击波在宏观上是一种高压、高速、高密度运动的压缩波，在运动过程中会对顶板壁造成强烈的冲击破坏效应，迫使顶板的围岩应力场迅速做出调整，如果能够使应力场处于平衡状态，顶板则处于基本稳定状态，否则将诱发岩体内的弹性应变能突然释放导致顶板将失稳破坏。

煤矿巷道爆破施工中，一般认为，爆破产生的冲击波对顶板破坏是一种渐进的发展过程，在爆破冲击波的作用下顶板一般表现为出现裂缝、裂缝发育、继续开裂以及顶板被破坏导致坍塌。巷道顶板岩层在冲击波的作用下产生裂缝，裂缝，在重复拉剪作用下有局部岩体发生破碎，脱离岩层表面。同时冲击波向巷道四周传播，巷道产生向下位移，当冲击能较小时，巷道顶板和四周围岩发生变形，表现为由顶板向两帮逐渐扩展。冲击应力波在巷道传播传播时，通过不断冲击、重复作用作用于顶板，造成岩体破坏，同时冲击波破坏作用下的顶板上部岩层发生转移，主要原因在于，在高速、高压冲击波作用下顶板上部的岩层出现裂缝，并不断发育，顶板垮落后，上部岩层在自身重力作用下而整体发生塌落［2］。

3 防治措施

防止冲击做作用下导致顶板失稳的方法主要有按照操作规程装药爆破、及时充填采空区、构造排泄通道及时疏导冲击波。

3.1 按照操作规程装药爆破

为降低冲击波的强度，应控制单次最大起爆炸药量，采用延时起爆技术，将爆区总药量均匀分布到各个需要爆破的部位，使爆炸能量最大限度地得到有效利用，将产生爆炸冲击波的无效能量减至最低限度［3］。改进装药结构，确保填塞质量，严禁无填塞装药。尽量避免在清晨、傍晚等有利于爆破冲击波传播的条件下实施爆破。

3.2 及时充填采空区

及时充填采空区能够最大限度降低围岩移动和变形的空间，有效控制地压活动。对于采空区，及时充填是解决爆破冲击波问题的最直接、最有效的措施。随着矿井开采深度的增加，地压日益增大，矿井中小规模顶板冒落事件不断，而填充采空区是控制顶板冒落得最有效的途径，同时也能够有效控制地表沉陷，保护地面建筑物的安全［4］。

3.3 构造排泄通道及时疏导冲击波

通过人为的构筑疏导、排泄通道，对爆破产生的空气冲击波合理分流，最大限度地降低冲击波压力强度，减小冲击波对周围作业人员、井下设备及构筑物的损坏程度。一般的疏导构筑物的常见做法是开凿天窗，使冲击波传播通道与地表相贯通，形成高压气流的排泄通道，最快限度的降低冲击波压力，减少对顶板的作用时间，有效防止顶板失稳［5］。

4 结论

顶板失稳事故对煤矿的安全影响巨大，井下爆破产生的冲击波对顶板失稳有重要影响，本文通过介绍冲击波的自身特点、冲击波对顶板失稳的作用机理以及针对冲击波对顶板作用的特点，提出相应的防治措施，对于预防爆破冲击波作用下的顶板事故具有一定的指导意义。

［1］刘畅，覃敏，彭云.大面积顶板失稳诱发空气冲击波灾害时程特性研究［J］.中国安全生产科学技术，2014（05）∶49-55.

［2］王剑.控制和防护爆破冲击波的方法探讨［J］.科技促进发展，2010（S1）∶2.

［3］于根旺.对巷道顶板事故防治的思考［J］.科技致富向导，2012（26）∶284+314.

［4］刘文岗.浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析［J］.煤矿开采，2011（05）∶73-75+80.

［5］何仙平.谈谈矿井顶板事故的原因及安全管理［J］.科技致富向导，2011（06）∶277+289.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.037

李其振（1992-），男，安徽宿州人，本科生。