一種深埋煤層工作面初采期間強制放頂新技術(shù)
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作者；張毅
1 工作面概況
納林河二號煤礦31101工作面開采3-1煤層，工作面為該礦首采工作面，工作面位于礦井一盤區(qū)東翼邊界附近，北臨中央一號輔助運輸大巷，南臨首采區(qū)邊界。工作面平均埋深在554.7 m。31101工作面傾斜長度241 m，推進長度為2588 m，工作面煤層厚度為4. 7～6.3 m，平均厚度5.5 m，采用傾斜長壁后退式全部垮落綜合機械化采煤法。31101綜采工作面布置了兩條運輸巷和一條回風(fēng)巷，如圖1所示。兩條運輸巷中一條為膠運巷，主要用于煤炭運輸，巷道斷面寬5.8 m、高3.6 m;另一條為輔運巷，主要用于輔助運輸，巷道斷面寬5.4 m、高
3.8 m;回風(fēng)巷斷面寬5.4 m、高3.95 m。
3 -1煤層為穩(wěn)定煤層，31101綜采工作面?zhèn)雾敽穸?～0.4 m，主要為灰色～深灰色泥巖，水平層理；直接頂平均厚度為2. 0～5.7 m，主要為粉砂巖，水平層理；老頂平均厚度為7. 6～19 m，主要為細粒砂巖，石英為主，長石次之，含植物化石碎屑及云母碎屑，黑色礦石，鈣質(zhì)膠結(jié)，分選性較好；直接底平均厚度為9. 65～15 m，主要為粉砂巖為主，灰白色，巨厚層狀，粉砂狀結(jié)構(gòu)，半堅硬，泥質(zhì)填隙，局部有少量泥巖。
2 強制放頂技術(shù)方案
由于31 101工作面埋深較深，且煤層上方賦存較厚的砂巖頂板，完整性好，硬度強度較大，初采期間不易垮落，為防止在工作面推進過程中發(fā)生大面積懸頂，給工作面生產(chǎn)造成安全隱患，應(yīng)采取弱化頂板強度的措施。目前比較成熟的頂板弱化技術(shù)有水壓致裂和爆破兩種技術(shù)，綜合大多數(shù)類似礦井實際情況，考慮到爆破弱化比水壓弱化效果好，擬采用頂板深孔爆破弱化技術(shù)。
初采期間的深孔預(yù)裂爆破技術(shù)是在工作面前方的平巷或者開切眼內(nèi)以一定的距離一定的間距向厚硬頂板內(nèi)鉆深孔，然后裝藥進行松動爆破。爆破釋放的巨大能量在巖體內(nèi)產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波所到之處產(chǎn)生集中應(yīng)力，由此在巖體內(nèi)產(chǎn)生破碎區(qū)和裂隙區(qū)，使得完整堅硬巖體的整體性受到破壞，并擴大其原有的裂隙及弱面，使得頂板弱化。隨著工作面的推進，在工作面綜合應(yīng)力場的影響下，深孔松動預(yù)裂爆破產(chǎn)生的裂隙弱面與原生裂隙弱面相互連通相互作用，并向巖體內(nèi)部擴展從而使得厚硬頂板破碎，達到頂板弱化進而防止大面積懸頂。
在深孔爆破時，一個重要的參數(shù)就是確定合理的炮孔長度與孔間距，在確定鉆孔長度時主要考慮到工作面堅硬頂板的厚度、鉆機的能力、裝藥能力以及為方便裝藥炮孔的傾角；孔間距的確定與頂板的條件及爆破孔孔徑有關(guān)，另外還受到經(jīng)濟因素的制約，在頂板條件一定時，孔間距大小應(yīng)該與炮孔直徑相匹配，即孔間距與孔徑之比應(yīng)該在一個合理的范圍內(nèi)才能取得良好的爆破效果。
2.1 炮孔布置方案
綜合考慮試驗礦井的頂板情況及經(jīng)濟狀況，對炮孔的參數(shù)進行了確定。在工作面開切眼完畢后，直接進行頂板深孔爆破工作，沿切眼頂板呈直線形布置A、B兩排炮孔，兩排炮孔平行布置，其中A1、B1兩個炮孔距離回風(fēng)平巷外幫均為2m，然后每隔10 m布置一個炮孔，共布置25個炮孔，編號分別為A1～A25、B1～B25，為便于施工，A排孔距切眼后幫煤壁2 m左右，A、B兩排孔排距約2 m。為了施工及裝藥方便，炮孔按30。仰角施工。頂板深孔爆破A、B兩排炮孔的布置如圖2所示。
同時為了確保上下端頭處頂板在回采時順利垮落，需要在切眼前方10 m的運輸平巷和回風(fēng)平巷里施工C組炮孔，其中在回風(fēng)平巷內(nèi)施工C1、C2、C3孔，C1孔從巷道頂板向后上方打，孔口距離巷道外幫1 m; C2、C3共用一個孔口但按照不同的傾角向工作面上方頂板打，孔口在巷道頂板與煤壁交界處，在運輸平巷內(nèi)施工C4、C5、C6孔，三孔的位置與方向與C1、C2、C3孔對稱，其布置情況如圖3所示。A、B、C組炮孔的裝藥情況如表1所示。
2.2爆破孔鉆孔工藝
(1)鉆孔。爆破孔采用兩臺坑道鉆機施工鉆孔，三翼金剛鉆頭打孔，鉆頭直徑94 mm，鉆桿直徑75 mm，單根鉆桿長度1m，在鉆孔施工過程中，為保證鉆孔角度的準確，采用坡度儀準確定位。
(2)裝藥。由于炮孔較深，為方便裝藥，采用炸藥被筒，炸藥被筒外徑為75 mm，每節(jié)炸藥長度1m，炸藥被筒采用雙抗（抗靜電、抗燃燒）PVC管體材料制成，每節(jié)炸藥像“蠟燭”一樣內(nèi)芯含導(dǎo)爆索一根。
(3)封孔。裝藥完畢后封孔，封孔材料選用黃泥，為了使封孔效果更好，黃泥封孔完畢后在孔口打人木楔。
(4)爆破。炮孔封好泥后用放炮母線聯(lián)線，聯(lián)線采用局部并聯(lián)，總體串聯(lián)的方式，放炮使用MFB-100型起爆器，切眼中A、B兩排炮孔沿著一個方向起爆，即從25號孔向1號孔方向順次起爆，一次起爆4組炮孔，工作面端頭處兩巷內(nèi)的C組炮孔爆破時同時起爆（即C1、C2、C3孔同時起爆；C4、C5、C6孔同時起爆）。
3 綜采工作面礦壓規(guī)律
為了檢驗工作面初采期間頂板強制放頂爆破技術(shù)方案的實施效果，對工作面推進過程中的礦壓數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析。
采用KJ21礦壓監(jiān)測系統(tǒng)對31101綜采工作面的30架支架的工作阻力進行了連續(xù)監(jiān)測得到31101工作面的礦壓規(guī)律。31101工作面初次通過爆破放頂之后，隨著工作面的推進，在上覆巖層壓力與直接頂自身巖性共同作用下，直接頂能夠及時垮落充填采空區(qū)，由于工作面采高比較大，煤壁偶爾出現(xiàn)片幫，工作面上部的初次來壓步距為47.2 m，最大工作阻力達到9044 k N;工作面中部初次來壓步距為41.3 m，最大工作阻力達到12000 k N;工作面下部的初次來步距為46.3 m，最大工作阻力10216 k N。來壓動載系數(shù)分別為1. 07、1.27和1.13，礦壓顯現(xiàn)不明顯。31101工作面中部最先發(fā)生來壓現(xiàn)象，工作面下部和上部則滯后5m左右發(fā)生來壓，31101工作面兩端頭來壓呈現(xiàn)不對稱性，通過對現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)分析可知，沿著工作面傾向支架工作阻力的分布呈現(xiàn)中間大、兩端相對小的形態(tài)，工作面來壓時上部和下部受到兩端頂板的弧三角板保護，工作面來壓不明顯。非來壓期間，工作面中部支架高于兩端的支架。
4 結(jié)論
31101工作面初采期間采用深孔爆破弱化頂板技術(shù)處理堅硬頂板后，工作面中部的初次來壓步距小于工作面上部和下部的初次來壓步距，工作面中部、下部和上部初次來壓步距分別為41.3 m、46.3 m和47.2 m，動載系數(shù)平均為1.16;直接頂基本上能隨采隨冒，礦壓顯現(xiàn)不明顯，說明31101工作面深孔預(yù)裂爆破強制放頂取得了良好的效果。
5摘 要 為防止深埋工作面初采期間發(fā)生工作面壓架切頂事故，對納林河二號煤礦31101工作面進行了預(yù)裂爆破強制放頂，介紹了鉆孔布置及爆破工藝。運用KJ21礦壓監(jiān)測系統(tǒng)分析軟件對預(yù)裂爆破后的支架工作阻力進行了分析，結(jié)果表明：31101工作面上部和下
部初次來壓比工作面中部滯后5 m左右，壓力比中部區(qū)域小，工作面初次來壓不明顯，說明預(yù)裂爆破強制放頂取得了良好效果。
