厚层基岩综采放顶中顶板预裂爆破研究

张泽君

（同煤集团云冈矿，山西 大同 037017）

煤矿资源是重要的能源，我国具有储量丰富的煤炭资源，在煤炭资源的开采中，依据地质条件的不同及分布情况，需要采用不同的开采工艺进行有效的开采。放顶煤开采是综采工艺的一种，在厚层基岩分布的矿井开采用具有广泛的应用。厚层基岩工作面在开采过程中，随着开采过程的进行，由于顶岩比较坚硬，造成顶板的悬露，脱落不充分等，存在着一定的安全隐患[1]。针对这一问题，采用预裂爆破的方式对顶板进行处理，将顶板进行弱化处理来保证采煤作业生产过程的安全运行。通过合理的预裂爆破方式对综采工作面进行处理，对于采空区的坚硬顶板进行弱化，还可以提高煤炭资源的开采率，提高经济效益。

1 工作面概况

8615 工作面走向长1 207.8 m，倾向长150 m，煤层厚度1.4～7.8 m，平均厚度6.27 m。与上覆9 号层层间距平均约48.4 m。老顶：中砂岩，以灰白色中砂岩为主，夹有细及粗砂岩，平均厚度31.7 m。直接顶：细粉砂岩互层，灰黑色，石英长石为主，大量云母碎片及炭质斑点，磨圆度很好，胶结致密，呈厚层状，平均厚度2.6 m。综放工作面属于厚层基岩的分布，顶岩质地坚硬，不易脱落，存在采空区局部悬板垮落不充分的情况，为防止出现顶板的垮落对安全生产造成的影响，需要采用顶板预裂的方式对综放工作面进行弱化处理。

2 顶板预裂爆破在煤矿综采工作面中的应用

采用预裂爆破的方式对顶板进行弱化处理，即采用爆破的方式对顶板的坚硬顶岩层进行定点爆破，降低顶岩层的强度，使得液压支架进行移动之后，顶板能立即进行冒落形成矸石垫层，从而保证采空区的安全[2]。使用顶板预裂的爆破方式，可以对需要冒落的顶板面积进行精确的控制，适合用于存在老顶来压较强的坚硬顶岩层存在的情况，使顶岩的冲击性得到一定程度的缓解。8615 工作面存在一定的采空区，顶板坚硬，来压强烈，并且出现悬板垮落不充分的情况，采用预裂爆破对工作面顶板进行处理的工艺具有实际的需求。在实施过程中，采用顶板预裂爆破方式，需要在工作面顶板进行打眼爆破，使得顶板松动脱落，根据同盘区相邻工作面顶板预裂爆破经验，将此工作面顶板预裂爆破孔布置在2615-1 巷及2615-2 巷内。

3 顶板预裂爆破的实施

3.1 实施爆破前的施工准备

在进行爆破作业的施工之前，备齐所需的材料及工具等，爆破前必须做好四位一体的安全检查与隐患处理工作。确认通风设施完好，系统稳定，风量满足要求，瓦斯探头到位[3]。防尘、防灭火设施齐全，所有电气设备必须完好，无失爆，严禁明火或带电作业，严格执行“停送电票”制度。对聋煤、聋顶、片帮煤及顶板破碎处必须进行支护与处理，严禁冒险作业。

预裂爆破作业前必须在调度作业会提前通报，由相关矿领导组织各部门开专题会。现场实施由矿长、总工程师亲自组织，相关矿领导、调度室、安监站、技术科、通风区、地质科、放顶队、综采队及受影响区域的各单位分管副职以上人员进行操作。

3.2 爆破孔布置

2615-1 巷及2615-2 巷在距工作面30 m 处布置预裂爆破孔，每巷各布置两组孔，每组3 个孔。转角均为80°，仰角分别为20°、30°、40°。2615-1 巷南帮肩角处为第一组孔，2615-1 巷北帮肩角处为第二组孔，2615-2 巷南帮肩角处为第三组，2615-2 巷北帮肩角处为第四组孔，（孔口附近加强护帮支护，防止坠孔）孔深均为25 m，步距为10 m，直至施工到预计停采位置，预裂爆破孔平面布置如图1 所示，其截面布置如图2 所示。

图1 预裂爆破孔平面布置图

图2 预裂爆破截面布置图

在断层破碎带范围内及通风设施5 m 范围内严禁布置顶板预裂爆破孔，遇到通风设施或空巷时，必须调整爆破孔步距及孔口方向，孔口方向不得朝向通风设施，爆破孔装药系数和炮泥封口长度则应符合《煤矿安全规程》规定。

4 预裂爆破工序实施

为了保证爆破作业的安全性及良好的效果，进行爆破时要合理的安排各个工序，尽量缩短作业时间，提高爆破的效率，在实施爆破过程中，工序可以分为装药、封孔、联炮、爆破，整个作业过程尽量在2～4 h，并严格执行各项安全规定，确保操作过程的安全性[4]。

4.1 装药

预裂爆破孔采用正向装药结构，使用三级煤矿许用乳化炸药。导爆索必须使用煤矿许用导爆索。每孔装药长度详见预裂爆破孔说明书，装药量2.4 kg/m，充填长度详见预裂爆破孔说明书，充填物为水炮泥、粘土和错手木楔。装药充填后孔口要留1 m 的空孔，装药后暂把导爆索全部塞入孔内，用牛皮纸封好，(联炮时必须再掏出来)，不准外露[5]。空孔存放预留的导爆索、雷管、引线。雷管必须使用煤矿许用毫秒延期电雷管，最后一段的延期时间不得超过130 ms。

4.2 封孔

封孔分两次进行。第一次封孔长度详见预裂爆破孔说明书（包含0.50 m 木楔的长度），要求错手木楔水平斜面呈上水平方向塞入，封至距孔口1 m 处；第二次封孔在联炮前进行，先将雷管与导爆索捆绑好，用黄土将雷管与导爆索封入孔里，再将雷管脚线牵出孔口短接。然后用粘土将孔内剩余空间全部封满捣实，严禁将雷管与导爆索漏出封土外。二次封土段长为1 m，第二次封孔的时间为预裂爆破之前进行，严禁超前进行。

4.3 联炮

将引出孔外的雷管脚线与引线连接，再将雷管脚线与引线连接处用绝缘胶布包扎好，最后的两根引线与放炮母线连接。连好的引线与对应的分组孔号相一致，并避开带电体和导体，各孔内的两发雷管为并联，孔与孔、组与组之间的引线为串联。

4.4 爆破效果

2615-1 巷和2615-2 巷顶板预裂爆破孔超前工作面煤壁30 m 时进行爆破，顶板预裂爆破孔每次允许起爆不得大于6 个孔。在进行爆破后取得良好的效果，工作面推进大约10 m 时，顶板开始垮落，随着工作面的推进，顶板完全垮落。

5 结语

综放工作面进行煤矿开采，对于顶板要进行有效的管理，采用预裂爆破对顶板进行弱化处理，其操作过程简单，适用于厚层基岩顶板坚硬的情况下，采用这种方式，可以达到良好的效果。在实施爆破过程中，要科学合理的规划爆破方案，保证矿井作业的安全性。