火成岩顶板工作面深孔爆破强制放顶技术的应用实践

巩红林

摘 要：通过对火成岩顶板工作面初采期间采空区大面积悬顶引发的安全问题进行分析研究，选择实施深孔爆破强制放顶技术。通过实践，改进并完善深孔爆破强制放顶工艺和施工方法，解决了影响深孔爆破强制放顶效果的关键问题，实现了强制放顶的预期效果，给工作面安全回采打下了坚实基础。同时，为开采类似工作面积累了宝贵经验。

關键词：火成岩；深孔爆破；强制放顶；导爆索

中图分类号：TV542 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0159-02

Abstract： Based on the analysis of safety problems caused by large area suspended roof in goaf during the initial mining period of igneous roof face， the technology of forced roof placement by deep hole blasting is selected. Through practice， the technology and construction method of forced roof placement by deep hole blasting are improved and improved. The key problems affecting the effect of forced roof placement by deep hole blasting are solved， and the expected effect of forced roof blasting is realized， which lays a solid foundation for safe mining of working face. At the same time， valuable experience has been accumulated for mining similar working face.

Keywords： igneous rock； deep-hole blasting； forced roof caving； detonation cable

1 地质概况

大兴煤矿N1708工作面位于北一采区东部，本工作面煤岩形态为一单斜状，煤种为气煤，煤层倾角13°，煤层厚度在1.22～3.96m之间，一般为3.4m，煤层垂直节理发育，走向近东西，煤层呈黑色，由暗亮煤组成，条带结构。煤层结构简单，夹石较薄，一般在0.05m左右，岩性以泥岩、粉砂岩为主，硬度较小。该工作面位于7-2煤层中，两顺沿煤层顶板布置。根据地质钻孔情况，工作面火成岩侵入较为严重，主要以岩床形式侵入，火成岩侵入层位在4-2与7-2煤层之间，呈现出东北部薄，西南部厚的趋势，南部最厚为74.81m。主要影响区域在1切眼工作面运顺侧，走向50m，倾向110m。

2 工作面情况

工作面采用走向长壁后退式全部垮落综合机械化开采方法。该工作面受火成岩影响，设计布置成大小面“刀把形”。一切眼可采走向长135m，倾斜长110m；二切眼可采走向长255m，倾斜长150m。一切眼布置了ZY6400/23/47型液压支架66组，ZZ6400/24/47型液压支架10组。二切眼布置了ZY6400/23/47型待加液压支架27组，前端头布置了ZZD24500/20/35型液压支架2组，两顺超前支护选用ZT-9200/22/42型替棚支架支护。

3 影响安全回采因素

N1708工作面火成岩直接覆盖一切眼煤层上方，厚度达到74.81m，初采期间将会造成采空区大面积悬顶，对安全回采构成极大威胁，主要有以下几方面：

（1）随着工作面开采，采空区悬顶面积不断增加，造成顶板初次来压步距加大，压力积聚，随着压力的递增，会导致工作面液压支架被压死或出现大面积片帮冒顶事故。

（2）初次来压期间，顶板大面积突然冒落，形成高压冲击气流威胁工作面人员安全、破坏综机设备和通风设施。

（3）采空区突然冒落，大量瓦斯和有害气体涌出，必然造成瓦斯超限，导致发生瓦斯事故或窒息伤亡事故。

（4）初次来压步距加大，顶板压力加剧，工作面煤体承压增加，容易造成煤与瓦斯突出事故。

4 方案设计及施工

针对火成岩顶板，采取深孔爆破强制放顶技术。强制放顶技术首先要破坏火成岩顶板的完整性，使老顶形成悬臂状，造成切顶线前移，实现工作面随采随落的目的。其次让工作面老顶形成自由面，根据顶板岩层断裂失稳运动原理，并充分利用矿压显现规律，缩短初次来压步距，使上覆岩层较易垮落。同时，强制放顶冒落岩石要充满或基本充满采空区，对上覆岩层起支撑或垫层作用，从而减弱顶板垮落的冲击强度。

（1）方案设计：根据工作面火成岩厚度、岩石膨胀系数及切眼高度，确定强制放顶基本高度3-12m。在液压支架后方2.4m范围内布置2排爆破孔，爆破孔与工作面倾斜方向平行布置，倾角25-50°，第一排在距工作面下帮0.8m处，孔间距4-6m，排距为0.8m，呈“一字眼“布置，并在前三角点布置掏槽眼，共设计爆破孔41个，孔深3-20m，累计深519.4m。

（2）爆破孔施工：工作面推进2.4m后停采，根据设计方案，选用SGZ-ⅢA型钻机施工爆破孔，钻头 75mm。爆破孔方位、倾角由地测科专业技术人员测定，施工过程中由地测科全程监督并负责验收。每个爆破孔施工完毕逐孔检验，编号记录。

（3）制作药卷：将每根导爆索与药卷串接在一起，第一根导爆索与药卷捆绑并安装在药卷里侧300mm处，送到爆破孔眼底。第二根导爆索安装在最外侧药卷内300mm处。导爆索与药卷装入爆破孔后，孔口预留300mm空间，剩余爆破孔用粘土炮泥和水泥锚固剂封实。

（4）由于爆破孔深度达到20m，每孔装药长度达到13m，为保证爆破效果采用了双导爆索和双雷管起爆一个孔的炸药，但要分开连接，每根导爆索连接一个雷管，连接时应使导爆索导爆方向与雷管聚能穴方向一致。

（5）爆破工艺：炸药型号为煤矿许用被筒三级乳化炸药，药卷直径为 60mm，长度为750mm；雷管型号为煤矿许用毫秒延期电雷管，导爆索型号为SBMS-5，发爆器型号为Fd200L（B）型，水泥锚固剂规格为 32×250型。工作面所有爆破孔装药一次完成，采用正向装药，联线方式为串联，装药系数为0.65，炮泥装填系数为0.35。每次起爆孔数量不得超过10个，共启爆6次，单孔最大装药量45.6kg，单次启爆最大药量324kg，总装药量1.2t。

5 强制放顶工艺中应注意的问题

为保证爆破安全和强制放顶的效果，爆破作业应合理安排各道工序尽可能连续进行，以缩短施工时间，并做好各种保护措施以确保操作人员的安全。

（1）地面成立爆破指挥部，负责组织协调各系统；井下成立了爆破领导小组，现场跟班指挥爆破作业。

（2）提前对工作面、两顺及外围顶板进行补强加固，重点是每循环放炮后行人路线的顶板隐患排查。

（3）提前1-2d对N1708工作面、两顺、外围通风设备检查、改造及加固工作，并对两顺及沿线监测设备进行检修，确保监测设备灵敏可靠、数据准确。爆破前完成N1708工作面、两顺及外围回风巷帮、顶、底板的全面洗尘工作。同时，安排专人对N1708工作面、两顺及外围回风巷道、密闭进行自然发火检查。

（4）扩大警戒范围，确保爆破安全。如此大药量爆破在大兴煤矿尚属首例，因此，整个北一采区从装药开始到爆破结束全部停产，在进入N1708回风流区域的巷道入口全部设警戒，包括总排，防止CO超限，发生窒息伤亡事故。启爆点选在距爆破点1000米的新鲜风流中，每个警戒点安设1部电话，便于联络。

（5）安排安监员担任专职的警戒人员，安监大队提前对警戒人员进行培训，明确每名警戒员的警戒位置。装药前，由地面指挥部下达指令，清净警戒区域内人員，警戒员到达警戒指定位置后设警戒旗，并用电话向地面指挥部汇报。

（6）每次启爆前将N1708边切两道风门同时敞开，防止高压冲击气流破坏通风设施。为避免风流短路，在两道风门之间用皮带吊挂一道门帘。皮带门帘与底板相接严实，钉制牢固。当爆破冲击波冲击门帘后，门帘自动恢复，确保工作面通风系统稳定。

（7）运送炸药使用专用车。雷管、炸药必须分开单独运输。运送前必须由调度统一安排，避开人员集中上下井时间，由保卫科专职人员押运。

（8）装药前，由地面指挥部向各停电单位下达停电指令，并由机电科指派专职人员进行停电监督，各单位停电后用电话向地面指挥部汇报，并由机电科确认。

（9）装药爆破：装药严格按照设计进行，首次爆破后，间隔至少60分钟后进入爆破地点，从第二次开始间隔至少30分钟后进入。爆破后从运顺进入人员前，先由两名救护队员带呼吸器由运顺进入，检查沿线、起爆地点气样，各项指标正常后，向地面指挥部汇报。由地面指挥部向井下爆破领导小组发出进入指令后，方可进入进行下一循环作业。

6 取得成果

（1）爆破造成工作面架后顶板形成深4-6m的沟槽，破坏火成岩顶板的完整性，使直接顶形成悬臂状，实现工作面采空区顶板随采随落的目的，杜绝了采空区大面积悬顶引发的安全问题。

（2）顶板初次来压平稳，采空区全部垮落并冒严，初次来压后，回采过程中采空区顶板冒落跟进及时，未出现大面积悬顶现象。实践证明，强制放顶工作取得了预期效果，给工作面安全回采打下了坚实基础。

（3）深孔爆破强制放顶技术的成功应用，为开采火成岩或坚硬顶板工作面提供了技术保障，确保了工作面安全回采。同时，为开采类似工作面积累了宝贵经验。

7 不足之处

（1）初采过程中采空区局部顶板冒落跟进速度较慢，两顺仍需采取拆卸支护锚杆螺母、锚索索具等卸压措施。

（2）采空区冒落岩石成大块状，堆积岩石间隙大，采空区漏风严重，需定期进行充填。

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