工作面初采初放切顶爆破技术的研究与应用

2019年7月2019年第7期0引言煤矿井下生产作业中，顶板事故一直是主要的安全事故类型之一，特别是对于坚硬顶板回采面而言，由于多采用自然垮落法管理顶板，回采中经常出现采空区悬顶面积过大的现象。

这种情况下，一旦顶板大面积一次性垮落，必然会形成冲击压，从而造成工作面人员伤亡与设备损坏。

因此，有必要提前采取适当的措施进行人工放顶，消除安全隐患。

现阶段，应用最为普遍的2种顶板预处理方法分别为注水弱化法和顶板预裂爆破法[1]。

本次研究便是针对工作面初采前顶板深孔预裂爆破技术开展的。

1工作面开采地质条件和技术条件分析盘区山2号层8201工作面采用沿空留巷无煤柱后退式走向长壁全部垮落采煤工艺、全部垮落法管理顶板。

工作面煤层厚度均值2.4m ，割煤高度2.4m ，滚筒截割深度630mm 。

8201工作面开切眼长度为180m ，回采推进长度为1397m 。

8201工作面巷道布设情况如图1所示。

8201工作面主采2#煤层，煤层整体结构简单，倾角2°～5°。

煤层上部直接顶为泥岩，厚度均值2.17m ；老顶为中粗砂岩，厚度均值16.7m 。

2预裂爆破机理和顶板预裂爆破方案分析2.1预裂爆破机理分析当炸药爆破时，产生的压力可达到4000~9000MPa ，这部分压力作用于顶板岩体，会使得药包周围岩体中生成塑性空腔。

同时，爆炸生成的冲击波会向岩体四周传播释放，并将熔融状岩体破碎为颗粒状后形成压碎圈。

此外，压碎圈外围的岩体在冲击波的影响下会出现径向位移，导致岩壳向外扩张，在其内部产生径向裂隙，并使得爆炸压力继续沿着裂隙向外传播，形成裂隙圈[2]。

图2即为爆破后炮孔各区分布示意图。

结合预裂爆破机理，并考虑山2号层首采面实际情况，经计算分析可知，8201工作面预裂爆破产生的破碎区半径为0.51m ，裂隙区半径为2.65m ，因此在进行爆破孔布设时应间隔4～6m 为宜。

2.2顶板预裂爆破方案分析在切缝分区内取试验段进行单孔及多孔联孔爆破，收稿日期：2019-05-20作者简介：赵麒，1988年生，男，山西大同人，2015年毕业于太原理工大学采矿工程专业，助理工程师。

炮采工作面初次放顶安全技术措施炮采工作面初次放顶安全技术措施(一)工作面概况1、工作面地质情况工作面回采范围，煤层厚度、倾角，顶底板，地质构造、水文地质及瓦斯情况等。

2、切眼情况切眼长度、断面参数，切眼支护形式及支护参数，隐蔽工程情况等。

3、装面情况装面支护形式及支护参数等。

4、周边煤层开采情况5、矿压显现规律分析预测根据相邻或类似条件工作面矿压显现规律、顶底板岩性情况等分析预测。

6、其它需说明的事项(二)技术方案及要求1、初放施工技术方案根据工作面开采技术条件，说明初放施工技术方案。

包括：采高、控顶步距、放顶步距、回柱方式等。

2、其它技术要求(三)工程质量与安全管理要求1、顶板管理措施及要求说明工作面支柱初撑力要求，矿压监测监控、补强支护强度措施、泵压要求、特殊支架(挑棚、密集支柱等)技术要求，以及其它需要采取的技术措施，如煤顶、煤底、断层、淋水段特殊地段的支护、放炮措施等。

2、回柱放顶与其他工序的关系与要求3、安全设施管理及要求防倒绳、水平销等。

4、通风、瓦斯管理措施及要求5、应急、备用材料配置应急、备用材料名称、数量及码放地点要求。

6、施工与劳动组织安排7、其它管理要求(四)组织措施1、成立初次放顶领导小组2、领导小组主要职责初放措施的制定、落实，初放工作的开始和结束由领导小组确定等。

3、初放期间安全管理责任图表(五)附图1、工作面巷道系统平面示意图、切眼剖面图2、工作面支护形式平、剖面图能反映出工作面最大、最小控顶距、两巷超前支护方式等。

3、煤层地质综合柱状图(六)附件1、初次放顶会议纪要等备注：对初放期间过断层、过老巷、需强制放顶等特殊情况工作面，另行编制专项安全技术措施。

综采工作面开切眼深孔预裂爆破技术的应用探讨在煤矿开采技术手段日益完善的背景下，煤矿企业更注重安全生产能力的提高。

根据近年来能源使用调查结果显示，我国当前能源总量中煤炭资源约为50%，但对于社会煤炭用量总需求来讲，现有浅层煤田开采已很难满足，要求开采中向深部发展。

这种深部开采会面临较多安全问题，以其中坚硬顶板条件为典型，成为开采的难点所在，需引入开切眼深孔预裂爆破技术使其得以解决。

文章主要以我国某地区综采工作面开采为例，对深孔预裂爆破技术在其中的应用进行探析。

标签：综采工作面；深孔预裂爆破；应用前言据相关研究发现，我国矿区中至少有一半数量矿区在开采中存在较为复杂的赋存条件，其中坚硬顶板所带来的影响作最为明显，约有38%综采工作面存在坚硬顶板问题。

施工过程中若忽视做好坚硬顶板处理，不仅难以提高开采效率，而且易发生安全事故。

在此背景下便提出了深孔预裂爆破，其在实际应用中发现对综采工作面开采难题的解决可起到明显的效果。

因此，对深孔预裂爆破在综采工作面中的应用研究具有十分重要的意义。

1 深孔预裂爆破的相关概述与工程实例1.1 深孔预裂爆破的相关介绍现行煤矿开采在处理断层岩石方面，预裂爆破方法主要分为浅孔、深孔爆破方式。

两者都注重爆炸能量的使用，确保断层结构在爆破中能够成为裂隙发育体。

若实际施工中发现不存在较大的断层落差，而且岩石坚硬度较低，可直接采取浅孔松动爆破方式，但在岩石坚硬度较高且断层落差大的情况下便需引入深孔爆破措施。

但哪种方式应用下，都需注重做好孔间距、孔深、孔径等分析，并保证装药量合理，这样在应用中才能取得良好的效果[1]。

1.2 工程概况文章在研究中主要以我国某地区为例，其在地址特征上极为复杂，整个采区中存在冲刷带、断层等较多，需将跳采、缩采等技术在回采中进行应用。

如其中综采工作面，包含4条超出2.5m落差的断层，还存在2条6.3-8.8m落差的断层。

同时在回采中发现部分综采工作面在断层上将达到16条，其中有6条断层超出4m的落差。

综采工作面切眼深孔预裂爆破放顶安全技术措施为了减小12-2上101 综采工作面初次来压带来的巨大冲击力对设备及人员造成危害，保证初次来压期间工作面的安全生产。

根据临近矿井首采工作面的开采经验，经研究决定在12-2上101 工作面切眼内布置40 个炮眼进行深孔预裂爆破放顶。

为确保现场施工的安全顺利，特制定如下安全技术措施。

一、概况（一）工作面概况12-2 上101 综采工作面位于井底车场附近，为矿井的首采工作面。

工作面走向长度4555m,倾斜长度305m。

切眼为净宽9.0m、净高3.8m 的矩形断面，顶部留有2.0m 的顶煤，采取锚网索支护。

根据1#回风附近距切眼1050m 位置处的j5 钻孔资料显示。

煤层顶板50m 以内的岩性至下而上分别为：砂质泥岩（1.79m）、中粒砂岩（2.20m）、泥岩（2.10m）、粉砂岩（3.00m）、泥岩（5.45m）、中粒砂岩（11.05m）、细粒砂岩（2.73m））泥岩（2.90m）、细粒砂岩（2.40m）、粉砂岩（6.90m）、中粒砂岩（1.33m）、煤（0.10m）、中粒砂岩（9.11m）。

附：金鸡滩井田j5号钻孔柱状示意图（二）水文地质情况煤层顶板50m 以内的岩层属于侏罗系中统延安组孔隙裂隙承压含水层含水层岩性主要为中、细粒砂岩,局部粗粒砂岩,泥质胶结或钙质胶结,结构致密,裂隙主要为水平或波状层理面及稀少的岩体节理。

裂隙密闭或被方解石充填。

据野外调查该岩组节理为1〜2条/m，裂隙及节理透水性差。

煤系抽水试验表明：各含水岩段富水性均极弱。

根据《金鸡滩矿井初步设计说明书》中矿井防排水的部分内容，结合矿井副斜井、回风立井、12-2 上101 综采工作面顺槽掘进施工过程的涌水量以及临近杭来湾煤矿、白鹭煤矿、银河煤矿考察情况进行综合分析，工作面预计最大涌水量为500m3/h 。

二、设备工具的准备序号名称型号数量备注1 全液压坑道钻机myz-1501 台2 合金钻头© 85mm10个配套钻杆3 煤矿许用乳化炸药© 70mm< 400mm<1.5kg2000kg煤矿许用导爆索/2000m5煤矿许用毫秒延期电雷管/100 发6pvc 管（配套的管接头、堵头）© 75m M 2mr^2.0m800m7炮棍© 70m M 4.0m10根8 炮泥/2000kg9 圆木楔巾70mm （小头）-巾100mm （大头）x 500mm5（个木椎两侧各有一个规格10m X 10mm的开槽10炮线2x2.5mm22000m三、炮眼布置（一）炮眼中心线布置距切眼中心线1.0m处，距切眼副帮（采空区侧）3.5m。

深孔预裂爆破在综采强制放顶中的应用及效果摘要：工作面初采过程中，采用深孔预裂爆破工艺，能更好地破坏顶板的稳定及完整性，减少初次来压步距，避免老顶初次来压对综采工作面支架造成严重损坏，形成飓风，保证初次来压期间工作面的安全生产。

关键词：深孔预裂爆破；强制放顶；初采一、工作面概况12206工作面为陕西省神木市天瑞煤矿2-2上煤层综采工作面之一，煤层埋深33-172m，巷道掘进时均沿煤层的顶底板掘进；煤层老顶主要为厚层状细粒砂岩，次为中粒砂岩，属块状结构；顶板以直接顶为主，岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩及薄层状细粒砂岩、粉砂岩等以粉砂质泥岩为主，属层状结构，一般厚度大于6m，最大厚度8m，裂隙不发育，抗压强度为14.26～19.89Mpa；伪顶主要为炭质泥岩。

属于中等稳定顶板。

煤层底板以粉砂岩为主，次为细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩，一般不产生底鼓及变形现象，属中硬类底板。

12206工作面长度200m，回采长度1007m；自南向北推进，平均煤厚2.2m，煤层倾角0～5°。

工作面切眼采用矩形断面锚网和锚索联合支护，切眼净宽7500mm，净高2600mm，净断面积18.2m2。

二、初采强制放顶工艺的选用根据本矿井开采经验及矿井矿压资料，工作面初次来压步距一般为55-70m，工作面初次来压顶板垮落时，对工作面支架瞬间冲击力强，容易形成飓风，为缓解老顶初次来压的巨大载荷及人员、设备安全，故需考虑对顶板进行弱化处理，减小初次来压步距，使顶板尽早垮落，来保证工作面初采时的安全生产。

顶板弱化处理应主要以破坏顶板稳定性、完整性为前提，结合本矿地质资料，根据直接顶及老顶的厚度对放顶方案进行深孔爆破设计，确保放顶效果，深孔爆破技术有液态二氧化碳致裂技术、炸药预裂爆破、水力扩孔、水力压裂等，由于本矿井属于低瓦斯矿井，无瓦斯涌出、突出，顶板稳定，结合各种爆破技术的优缺点及经济性，故选用炸药深孔预裂爆破技术对顶板进行弱化处理。

( 安全技术 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改综采工作面切眼深孔预裂爆破放顶安全技术措施(最新版) Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that peoplemake mistakes综采工作面切眼深孔预裂爆破放顶安全技术措施(最新版)为了减小12-2上101综采工作面初次来压带来的巨大冲击力对设备及人员造成危害，保证初次来压期间工作面的安全生产。

根据临近矿井首采工作面的开采经验，经研究决定在12-2上101工作面切眼内布置40个炮眼进行深孔预裂爆破放顶。

为确保现场施工的安全顺利，特制定如下安全技术措施。

一、概况(一)工作面概况12-2上101综采工作面位于井底车场附近，为矿井的首采工作面。

工作面走向长度4555m，倾斜长度305m。

切眼为净宽9.0m、净高3.8m的矩形断面，顶部留有2.0m的顶煤，采取锚网索支护。

根据1#回风附近距切眼1050m位置处的J5钻孔资料显示。

煤层顶板50m以内的岩性至下而上分别为：砂质泥岩（1.79m）、中粒砂岩（2.20m）、泥岩（2.10m）、粉砂岩（3.00m）、泥岩（5.45m）、中粒砂岩（11.05m）、细粒砂岩（2.73m）、泥岩（2.90m）、细粒砂岩（2.40m）、粉砂岩（6.90m）、中粒砂岩（1.33m）、煤（0.10m）、中粒砂岩（9.11m）。

附：金鸡滩井田J5号钻孔柱状示意图(二)水文地质情况煤层顶板50m以内的岩层属于侏罗系中统延安组孔隙裂隙承压含水层含水层岩性主要为中、细粒砂岩，局部粗粒砂岩，泥质胶结或钙质胶结，结构致密，裂隙主要为水平或波状层理面及稀少的岩体节理。

综采工作面切眼深孔预裂爆破放顶安全技术措施为了减小12-2上101综采工作面初次来压带来的巨大冲击力对设备及人员造成危害，保证初次来压期间工作面的安全生产。

根据临近矿井首采工作面的开采经验，经研究决定在12-2上101工作面切眼内布置40个炮眼进行深孔预裂爆破放顶。

为确保现场施工的安全顺利，特制定如下安全技术措施。

一、概况(一)工作面概况12-2上101综采工作面位于井底车场附近，为矿井的首采工作面。

工作面走向长度4555m，倾斜长度305m。

切眼为净宽9.0m、净高3.8m的矩形断面，顶部留有2.0m的顶煤，采取锚网索支护。

根据1#回风附近距切眼1050m位置处的J5钻孔资料显示。

煤层顶板50m以内的岩性至下而上分别为：砂质泥岩、中粒砂岩、泥岩、粉砂岩、泥岩、中粒砂岩、细粒砂岩、泥岩、细粒砂岩、粉砂岩、中粒砂岩、煤、中粒砂岩。

附：金鸡滩井田J5号钻孔柱状示意图(二)水文地质情况煤层顶板50m以内的岩层属于侏罗系中统延安组孔隙裂隙承压含水层含水层岩性主要为中、细粒砂岩，局部粗粒砂岩，泥质胶结或钙质胶结，结构致密，裂隙主要为水平或波状层理面及稀少的岩体节理。

裂隙密闭或被方解石充填。

据野外调查该岩组节理为1～2条／m，裂隙及节理透水性差。

煤系抽水试验表明：各含水岩段富水性均极弱。

根据《金鸡滩矿井初步设计说明书》中矿井防排水的部分内容，结合矿井副斜井、回风立井、12-2上101综采工作面顺槽掘进施工过程的涌水量以及临近杭来湾煤矿、白鹭煤矿、银河煤矿考察情况进行综合分析，工作面预计最大涌水量为500m3/h。

二、设备工具的准备序号名称型号数量备注1全液压坑道钻机MYZ-1501台 2合金钻头φ85mm10个配套钻杆3煤矿许用乳化炸药φ70mm×400mm×1.5kg2000kg 4煤矿许用导爆索/2000m 5煤矿许用毫秒延期电雷管/100发 6PVC管(配套的管接头、堵头)φ75mm×2mm×2.0m800m 7炮棍φ70mm×4.0m10根 8炮泥/2000kg 9圆木楔Ф70mm-Ф100mm×500mm50个木椎两侧各有一个规格10mm×10mm的开槽10炮线2×2.5mm22000m 三、炮眼布置(一)炮眼中心线布置距切眼中心线1.0m处，距切眼副帮3.5m。

5加大投入提高装备水平在正常投入的基础上，新上综掘头四个，购入综采设备一套；现装备综采工作面3个，观测方面配备了压力在线监测系统，顶板离层自动报警系统，岩性钻孔探测仪等，有效地提高了技术保障水平。

6生产研究会制度坚持管理人员早班下井全头面覆盖，下午生产研究会汇报井下情况，根据现场条件变化，及时调整施工方案和支护参数，补充完善支护措施；对现场施工中的难点、要点进行研究分析，确定人员、措施、责任、时间，保证顶板管理的有效实施。

7结束语经过几年来的探索和实践，全矿顶板管理逐步完善，取得了较好的效果。

采掘工作面连续六年来没有出现顶板问题，扭转了顶板管理被动的局面，确保了安全生产。

软岩炮采工作面初次放顶工艺研究孙盛旺(龙矿集团煤质管理处，山东龙口265700)摘要洼里煤矿进入－250m 水平回采工作面，初次放顶期间的顶板控制比较突出，工作面在初次放顶期间的掉顶、漏顶现象，严重威胁矿井安全生产。

通过对－250m 水平回采工作面初次放顶工艺的全面分析研究，探索使用适合炮采工作面“调面放顶”的新工艺，操作方便，安全系数高，实施后取得了明显的安全经济效果。

关键词软岩炮采工作面初次放顶调面初放中图分类号TD327．2+2文献标识码B*收稿日期：2012－05－21作者简介：孙盛旺（1961－），男，大学学历，工程师，龙矿集团煤质管理处处长。

洼里煤矿现－250m 水平为生产水平，主采煤层为煤1，直接顶为4．6m 厚的灰黑色页岩，岩性软弱易冒落，直接底为1．65m 厚的次油页岩，岩性软弱易鼓底。

回采工作面在初次放顶期间出现掉顶、漏顶现象，分析原因主要有：循环作业时间长、大面积集中放顶前顶板压力大、工作面支柱阻力大。

为解决以上问题，在1905小面初采期间采用“调面生产，分段放顶”的新工艺，在现场实施过程中获得成功。

1回采工艺采用倾斜长壁采煤法布置工作面，使用煤电钻打眼，2号抗水煤矿许用铵锑炸药爆破，8号煤矿许用毫秒延期雷管引爆，人工攉煤，采用DZ22－25/100型单体液压支柱配合，HDJA －1000型铰接顶梁支护，循环进尺1．0m ，人工回柱，全部垮落法管理顶板。