坚硬顶板深孔爆破初次强制放顶技术研究

王成飞

（山西潞安集团潞宁孟家窑煤业公司，山西 忻州 036000）

1 工程概况

潞宁孟家窑煤业为资源整合型矿井，设定生产能力1.2 Mt/a。11505 工作面位于矿井11 采区，主采5 号煤层。工作面地面标高+1732～ +1802 m，煤层底板标高为+1440～ +1600 m。西北部为11507 工作面，西部为马连沟矿井采空区，东部为5#煤回风上山，南部为设计的11503 工作面。工作面煤层结构简单，平均倾角24°，开采煤厚平均11.5 m。工作面顶底板岩层性质见表1。

11505 工作面采用综采放顶煤工艺，工作面长度155 m，割煤厚度3.5 m，放煤高度8.0 m，采放比为1:2.29，采用一刀一放工艺，截割深度0.8 m，放煤步距0.8 m。11505 工作面上方基本顶主要为质地坚硬的细粒砂岩，而煤体普氏系数仅为0.8，属于松软煤层。放顶煤过程中，由于开采空间较大，直接顶垮落后不能完全充填采空区，而基本顶岩层又较为坚硬不易垮落，因此需要在初采期间对顶板进行人为强制放顶，减缓11505 工作面顶板应力集中程度，便于放顶煤工作的安全进行。

表1 11505 工作面顶底板岩性特征

2 深孔预裂爆破强制放顶技术

2.1 深孔预裂爆破力学分析

深孔预裂爆破是采用长钻孔装填炸药，利用炸药释放的爆破能量波和爆生气体对钻孔围岩进行破裂的方式。爆破能量波的作用过程是动态的，冲击载荷在钻孔周围形成压应力场，迫使周围岩体产生向外扩展导致裂隙产生；爆生气体的作用是相对静态的，未随能量波传递出去的部分高压气体充盈在已产生的微裂隙中，挤压裂隙末端使其扩展贯通，进一步加大了破坏范围。对深孔爆破周围煤岩体的破坏形式进行分区划分，如图1，由外到内分别是破碎区、裂隙区和弹性区。……