聚能爆破切顶卸压技术在回采工作面的应用研究

贾斌

山东方大工程有限责任公司 山东淄博 255150

聚能爆破切顶卸压是巷道支护技术的一项重大改革。实践证明，采用切顶卸压技术可带来明显的经济和社会效益，该技术已在很多矿井应用成功，具有减少巷道维修量、降低掘进率及生产成本的优点，为未来矿井发展所需的重要技术。

1 聚能爆破切顶卸压原理

随着煤层采深的加大，矿压显现随之加重，采用宽煤柱护巷，巷道处于压力集中区，不利于巷道的维护和稳定，而采用小煤柱又经常被应力集中压酥，巷道围岩位移变大。采用聚能定向爆破对顶板进行切断、卸压，改善巷道所处的应力环境，使巷道处于应力卸载区，有利于巷道的维护。制定巷道应力集中卸压治理技术方案，按不同炸药量、不同位置爆破进行数值模拟，给出聚能定向爆破卸压的合理爆破参数。煤柱宽度留设过小，受二次采动影响时，巷道断面收缩过大，影响工作面安全开采[1]。因此，合理煤柱宽度的确定一直是采矿工程研究的重点和难点。煤柱宽度受采深、采高、煤厚及煤岩力学参数等诸多因素的影响，同时还与基本顶断裂结构关系密切。根据基本顶不同断裂位置，沿空巷道上覆基本顶断裂结构时，对煤柱巷道最为不利，而按照断裂线位置断裂，则老顶岩块的压力能够得以释放。

2 聚能爆破切顶卸压方案

2.1 概况

西山煤电镇城底矿位于山西古交市西北，井田东西走向6.6km，南北宽2～5km，井田面积17.8km2，矿井设计生产能力190万t/a。该矿南二下组煤采区轨道下山、760水平东大巷已服务11年，受22602工作面回采影响，巷道多次受压。巷道变形量大，两帮变形量达2m，底鼓达1.5m。22602工作面正在回采，受22602工作面动压影响760南大巷靠近22602工作面段巷道变形严重，两帮挤回，底板鼓起。现正处于维修阶段，大巷采用单道运行，影响矿井正常生产秩序。因此，计划在22602工作面回采及末采期间，于顺槽和切眼采用深孔爆破技术对顶板进行切断，实现卸压，降低采动应力对主要运输大巷及采区集中巷道的影响，避免邻近巷道的变形[2]。

2.2 炮孔位置

煤层上方2m直接顶10m基本顶，只要将该范围的顶板岩体切断即可实现对煤柱的卸压。因此顶板炮孔孔深定为12m（按10°向采空区方向偏斜，则垂直高度约11.8m），炮孔口间距6m，300m巷道试验段共施工炮孔50个。炮孔可先用钻机打好，可在炮孔进入超前支护段时装药起爆，或者在炮孔孔底到达工作面煤壁处时装药起爆。

2.3 炮孔深度设计

炮孔深度与煤层顶板岩性及厚度、煤层厚度、工作面采高及顺槽断面尺寸有密切联系。炮孔深度是否合适将直接影响到爆破切顶效果、顶板垮落程度及施工工程量。如果断顶位置不合适，会导致应力拱脚落在采区准备巷道内，反而不利于护巷卸压。以22602工作面切眼为例，该工作面直接顶为泥灰岩，厚度1.85m；基本顶为中细砂岩，厚度12.00m。煤层平均厚度4.15m，采煤工艺为综合机械化二次采全高。工作面切眼停采位置距南五下组煤准备巷道最近距离为145m。经数值模拟及现场经验，顶板不易垮落，设计炮眼深度为35m，仰角45°，方位角38°与切眼垂直。

2.4 聚能爆破施工工艺

（1）打眼。打眼采用CMS1-1200L钻机，1.0m×Φ50mm合金钻杆Φ75mm合金钻头。钻孔间距8m，孔深35m，仰角45°，方位角38°。（2）装药。切顶卸压范围共300m，前150m采用以往的装药方式，用Φ65mm钻头施工，即先将孔底第二节药卷与导爆索固定，送入孔底，然后将其他药卷依次送入炮孔，每节PVC管炸药2m；后150m采用Φ75mm钻头施工，使用聚能切缝炸药管,每节炸药长1m，二节连接另节顺序装入炮孔。聚能炸药管装药量稍大些，每米装药量约3kg，其金属槽能够起到射流作用，破坏岩石范围更广，产生的主裂缝方向更为集中。（3）封孔。深孔爆破起爆药量大，封孔不好将直接导致炮孔口冲孔，造成漏斗状抛掷，甚至毁坏支护体，造成巷道围岩垮塌。因此需进行专业的封孔设计，并采用专门的封孔材料制作炮泥，炮泥太软向孔内填装时容易卡孔，炮泥太硬会降低其与孔壁的黏结力，需在专业人员指导下进行操作[3]。封孔结束后，等待封孔炮泥充分凝固后进行爆破，保证封孔质量。（4）爆破时间节点。切顶卸压的爆破时间节点很关键，起爆时间太早，巷道顶板预裂后长期暴露容易产生安全隐患，起爆时间太晚影响生产。炮孔的打钻施工、装药、爆破的时间节点，需根据工作面的生产进度，综合性协调，才能达到效果最好。以22602工作面为例，爆破地点选择在工作面超前支架范围内，该段有超前支架支护，利于顶板的支护安全。22602工作面日推进度为4m，炮孔为每2m二个，日安排爆破2个孔。5）遇断层等复杂地质构造的处理方法。遇大断层、顶板破碎带时，若采用切顶卸压，巷道顶板易失稳。可根据实际情况，采用该段不放炮的方法通过地质构造带。

3 结语

聚能爆破切顶卸压技术在镇城底矿22602工作面的应用，即保护该工作面邻近巷道，还减少巷道底鼓、帮鼓、喷浆掉皮等变形量过大问题。使用双向聚能拉张爆破切缝技术，确保切顶线成型，提高其单进水平，减少巷道维修量，体现出显著的安全与经济效益。