文/程東峰（蘆嶺煤礦）

一、工程概況

蘆嶺煤礦是淮北礦業(yè)集團下屬生產(chǎn)礦井，目前回采的Ⅱ888 綜放工作面處于二水平Ⅱ88 采區(qū)，位于Ⅱ88 采區(qū)西翼，西為蘆嶺與朱仙莊井田邊界保護煤柱線，北部為Ⅲ842 工作面（未準備），東為F14 斷層保護煤柱線，南為Ⅱ886-1 工作面采空區(qū)。地面標高為22.6～23.6 米，工作面標高為-537.0～-451.2 米，煤層厚3.3～15.2 米，平均為9.8 米，走向長（平距）為458.2～493.5 米，平均為475.8 米，煤層傾角為12～32°，平均為23°。Ⅱ888 綜采放頂工作面煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復雜。8 煤，黑色，鱗片狀，半亮型。8 煤層厚1.0～18.4 米，平均為9.1 米，工作面東北部（收作線附近）發(fā)育有2 層夾矸，每層夾矸平均厚0.8 米，向西南部逐步尖滅，巖性主要是泥巖- 碳質(zhì)泥巖。工作面煤層整體呈兩端厚、中間薄和由上向下逐漸變薄發(fā)育趨勢。Ⅱ888 綜采放頂工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 Ⅱ888 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

Ⅱ888 綜采放頂工作面風巷窄煤柱沿空掘巷，跟8 煤底板施工，采用三心拱U 形鋼棚+錨索梁+鎖腿梁支護，棚距均為600 毫米。該巷道圍巖受上區(qū)段工作面采動影響（側(cè)向支承壓力），圍巖變形強烈、破壞范圍大，極易出現(xiàn)底鼓、幫部移近量大等問題，同時受本區(qū)段工作面采動影響（超前采動應力+本工作面?zhèn)认蛑С袎毫Γ?，小煤柱變形嚴重，導致巷道圍巖控制極其困難，巷道變形嚴重，支護難度大。

二、切頂卸壓技術(shù)原理

上區(qū)段工作面煤體被采出后，上覆頂板相繼垮落，在下區(qū)段巷道側(cè)形成相互鉸接的弧形三角塊，在礦山壓力作用下，以煤柱側(cè)斷裂線位置為支點產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)下沉，對煤柱產(chǎn)生附加載荷作用，嚴重影響煤柱和沿空巷道穩(wěn)定性。

Ⅱ866-1 工作面回采結(jié)束后，基本頂斷裂位置在煤柱上方并偏向Ⅱ888 工作面。Ⅱ888 工作面回采后，其基本頂砂巖（層厚4.35 米）發(fā)生破斷旋轉(zhuǎn)，Ⅱ888 工作面采空區(qū)碎脹矸石與區(qū)段煤柱共同承擔上覆巖層重量。為削弱上覆巖層破斷回轉(zhuǎn)對區(qū)段煤柱的附加載荷，優(yōu)化沿空巷道煤柱的頂板承載結(jié)構(gòu)，確保巷道的穩(wěn)定性，在采取預裂爆破過程中，盡可能把上區(qū)段Ⅱ866-1 工作面采空區(qū)頂板與Ⅱ888 工作面風巷頂板之間的約束降低，以降低頂板巖層間的應力傳遞，降低實體側(cè)煤幫和煤柱內(nèi)的應力，從而優(yōu)化應力環(huán)境。為弱化Ⅱ888 工作面傾向方向基本頂之間的約束程度，提出在Ⅱ888 風巷內(nèi)靠近區(qū)段煤柱側(cè)實施頂板深孔預裂爆破（偏向Ⅱ866-1 工作面采空區(qū)）的技術(shù)方案，如圖1 所示。

圖1 Ⅱ888 風巷煤柱側(cè)切頂卸壓方案

設(shè)計在Ⅱ888 風巷內(nèi)實施頂板深孔預裂爆破（偏向Ⅱ866-1 工作面采空區(qū)），角度為10～15°。預裂爆破后，減小上區(qū)段采空區(qū)側(cè)向懸頂長度，而且切落矸石會對更上位的巖層起到一定的支撐作用，使得小煤柱應力集中得到緩解；同時，降低了Ⅱ866-1 工作面采空區(qū)頂板與Ⅱ888 工作面之間的約束程度，頂板巖層間的應力傳遞被減弱，改善窄煤柱護巷圍巖應力環(huán)境，使得窄煤柱護巷圍巖變形得到有效控制。

三、預裂爆破方案

Ⅱ888 工作面目前已正常生產(chǎn)。Ⅱ888 工作面風巷可采長度為467.8 米，根據(jù)礦井工期安排及支承壓力影響范圍和煤層頂板賦存特點，第一次預裂爆破超前工作面切眼200 米施工，施工范圍為100 米，即從風7 點至風4 點，具體如圖2 所示。

圖2 預裂爆破施工范圍

選擇預裂爆破試驗段的范圍為超前工作面切眼200 米位置，此范圍頂板厚度變化較小，第一次施工時鉆孔較好控制。切頂高度控制在8 煤層頂板第2 層硬巖層底板，開孔位置位于巷道頂板，距離小煤柱幫部1米（考慮鉆機的擺放位置，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理調(diào)整），切頂角度偏向Ⅱ866-1 工作面采空區(qū)方向15°，即鉆孔的仰角設(shè)計為75°，炮孔長度為32 米，切頂間距為8 米，垂直于Ⅱ888 工作面風巷區(qū)段煤柱側(cè)巷幫施工，具體布置如圖3 所示?，F(xiàn)場預裂爆破施工期間，可根據(jù)現(xiàn)場打鉆情況，合理調(diào)整預裂爆破參數(shù)，確保安全施工。

設(shè)計Ⅱ888 風巷預裂爆破施工范圍，不同位置巷道頂板賦存條件不同，具體如圖4 所示，從圖中可以看出，頂板厚度變化較大。以Ⅱ888 綜采放頂工作面E-E′剖面圖（機巷距切眼324.3 米）為剖面進行方案設(shè)計。

根據(jù)實際現(xiàn)場施工經(jīng)驗，超前深孔預裂松動爆破時，封孔長度一般取炮孔深度的25%～40%，且不低于10 米，同時，由于鉆孔穿煤層施工，封孔位置必須超過8 煤層5 米以上，設(shè)計炮孔斜長32 米，封孔長度13米，裝藥長度19 米。裝藥量按照（炮眼深度- 封堵長度）×3.3 千克計算，具體爆破參數(shù)如表2 所示。

表2 炮眼布置參數(shù)

Ⅱ888 風巷預裂爆破施工，第一次施工范圍為48米，炮孔間距平均為8 米，約6 個鉆孔。由于Ⅱ888 工作面為綜采放頂工作面，為避免一次性放炮數(shù)量多對頂煤瓦斯造成較大擾動，具體施工時，采用施工1 個炮孔爆破1 個的方式，預裂爆破預計共需爆破6 次。后期再施工預裂爆破時，根據(jù)前期的爆破經(jīng)驗，一次性放炮數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場情況合理增加。

預裂爆破現(xiàn)場施工炮眼，采用ZDY-3200 型鉆機，以提高施工效率，鉆孔角度、鉆孔深度需嚴格按照設(shè)計方案執(zhí)行?？紤]到施工工期以及與工作面回采的平行作業(yè)問題，Ⅱ888 工作面試生產(chǎn)后，具備施工鉆孔條件時，即可施工，以確保鉆孔施工期間，單軌吊等運輸作業(yè)影響最小。

炸藥選用直徑63 毫米的煤礦許用水膠藥柱。炮孔裝藥采用正向裝藥方式，配合使用導爆索。根據(jù)炮孔角度防止藥管下墜，需裝入防滑鋼絲，如圖5 所示。最后裝入炮頭。由于鉆孔施工需要穿過8 煤層，穿煤層部分需要下套管護孔，防止裝藥時塌孔，影響炸藥安裝，同時要確保鉆孔內(nèi)光滑，防止有大塊矸石堵塞炸藥，影響安裝。使用人工裝藥方式，用探孔管送藥，一次不超過6 米。炮孔施工完畢后，裝藥，炮頭線接頭短路。裝好一個用水泥注漿封一個孔。

圖5 防滑藥柱

淮北礦區(qū)深孔預裂爆破使用的炸藥為安徽雷鳴科化有限責任公司生產(chǎn)，需配合導爆索施工，如圖6 所示。

圖6 預裂爆破使用的水膠炸藥

炮頭制作方法是：先將藥筒的內(nèi)絲蓋子用老虎鉗拔出，在蓋子或管體側(cè)面鉆一個5 毫米的孔用于穿放炮導線，將放炮導線穿入該孔中，打結(jié)。再將兩發(fā)電雷管腳線剪掉只保留20 厘米長，分別與膠質(zhì)放炮線各連接一發(fā)電雷管，為防止短路和斷路，其接頭先用絕緣膠帶裹緊，再用自粘膠帶裹緊包扎防水。具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 正向裝藥水泥封孔結(jié)構(gòu)示意圖

封孔器材與封孔工藝采用“一堵一注”或“兩堵一注”封孔工藝?，F(xiàn)場注漿封孔，采用礦用專用注漿封孔材料，利用注漿泵向囊袋內(nèi)注入漿液，注漿壓力控制在1.6～2 兆帕。待返漿管返漿后，將返漿管扎牢。注漿凝固24 小時后起爆。

四、現(xiàn)場效果

對Ⅱ888 風巷為超前工作面切眼200 米位置進行深孔預裂爆破切頂卸壓，并對風巷采用“十字”布點法（布點間距50 米），進行為期48 天的巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平坑^測。比對預裂爆破前后巷道礦壓顯現(xiàn)變化，如圖8、圖9 所示，分析頂板深孔預裂爆破對頂板周期來壓步距、來壓強度的影響。

圖8 預裂前曲線圖

圖9 預裂后曲線圖

由圖8、圖9 可知，風巷巷道頂板礦壓逐步放緩，說明深孔預裂爆破切頂卸壓有效改變了頂板上方圍巖的應力分布，應力集中得到緩解，巷道頂板巖層間的應力傳遞被減弱，改善了窄煤柱護巷圍巖應力環(huán)境，使圍巖變形得到有效控制。

五、結(jié)語

本文針對蘆嶺煤礦綜采放頂煤工作面巷道超前壓力影響范圍大、維護困難等問題，提出工作面頂板深孔爆破卸壓技術(shù)研究，結(jié)合現(xiàn)場條件確定了鉆孔參數(shù)、爆破參數(shù)，并進行了現(xiàn)場實驗。減?、?88 工作面回采對區(qū)段小煤柱、采動應力對沿空巷道（風巷）的影響，實現(xiàn)工作面安全回采。實驗結(jié)果表明：深孔爆破卸壓后，工作面風巷應力集中得到緩解，頂板巖層間的應力傳遞被減弱，改善了窄煤柱護巷圍巖應力環(huán)境，圍巖變形得到有效控制。