切顶卸压爆破沿空留巷技术浅析.doc

切顶卸压爆破沿空留巷技术浅析
摘要：采用爆破技术预裂顶板，利用采场周期来压沿空切顶，形成对上覆老顶岩梁的支撑结构，控制老顶的回转和下沉变形，实现卸压作用；切落的顶板形成巷帮，从而保留工作面下顺槽，作为邻近工作面上顺槽，改变传统长壁开采一面双巷模式为一面单巷采掘模式。
关键词：爆破 切顶卸压 沿空 留巷
1 概述
南屯煤矿1610上轨道顺槽采用留煤柱沿空留巷方式，这种方式施工方法简单，但是煤垛支撑顶板效果较差，且强度不足，亦不能切断采空区顶板来压途径，可能被动压压垮破坏，影响工作面回采。遗留的煤垛无法开采利用，造成资源浪费。
针对以上存在的问题，提出了切顶卸压沿空留巷新技术，进行了系统的理论与配套技术研究，并取得了突破性进展。
2 切顶卸压沿空留巷技术浅析
2.1 切顶卸压爆破技术方案及参数设计
切顶卸压沿空留巷技术采用双向聚能爆破技术来实现其对顶板的定向切割。双向聚能拉张成型爆破新技术是在常规爆破和控制爆破基础上发展起来的一种新型岩体聚能控制爆破技术，其概念是指将药包放入在两个设定方向有聚能效应的聚能装置，炸药起爆后，炮孔围岩在非设定方向上均匀受压，而在设定方向上集中受拉，从而实现被爆破体按照设定方向拉张断裂成型。
该爆破技术是在对比研究多种聚能爆破和定向控制爆破方法的基础上发展起来的一种新型聚能爆破技术，施工工艺简单，应用时只需在预裂线上施工炮孔采用双向聚能装置装药，并使聚能方向对应于岩体预裂方向。爆轰产物将在两个设定方向上形成聚能流，并产生集中拉张应力，使预裂炮孔沿聚能方向贯穿，形成预裂面。由于钻孔间的岩石是拉断的，爆破炸药单耗将大大下降，同时由于聚能装置对围岩的保护钻孔周边岩体所受损伤也大大降低，所以该技术可以达到实现预裂的同时又可以保护沿空巷道顶板的目的。
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图2-1 切顶卸压沿空留巷预期效果图
2.2 切顶卸压起始位置
切顶卸压沿空留巷起始位置的选择在一定程度上影响着最终的成巷效果。为保证工程项目的顺利实施及施工安全，在选择起始位置时，要综合考虑多种因素，慎重选择。
跟据十一采区其他工作面实测矿压资料，预计该工作面的矿压情况如下：①直接顶初次跨落步距为14～25m。②老顶初次来压步距为25～30m。③老顶周期来压步距为8～12m。
顺槽超前影响范围及巷道变形预计：①顺槽超前压力影响范围为20～25m。②顶底板相对移近量为30～50mm。③两帮相对移近量为60～90mm。
新切眼位于距停采线350m处。
根据顶板初次来压步距为25～30m，可确定于新开切眼后15m（初次来压步距的1/2）即可消除新切眼的干扰，进行预裂爆破切顶施工。
在新切眼施工过程中揭露新断层，为了消除断层影响，保证工程质量，确定切顶开始位置为新切眼后50m。
2.2.1 炮孔深度（预裂爆破切缝高度）设计
聚能爆破炮孔深度与煤层顶、底板岩性及厚度，煤层厚度，工作面采高及顺槽断面尺寸有密切联系。炮孔深度是否合适将直接影响到爆破切顶效果，顶板垮落程度及施工工程量。
根据现场实测地质钻孔柱状情况，1610工作面煤层顶板十下灰岩厚度为4.1～6.2m，平均厚度5m；煤层平均厚度0.9m；1610上轨道顺槽，断面为矩形，规格：净宽×净高=3.4×2.0m，断面面积：6.8m2。
经理论分析并结合现场经验（顶板垮落容易），设计炮孔深度4m，向工作面侧偏转5°（施工方便且顶板垮落更容易）。
这既保证了足够的切顶深度，也充分利用了顶板性质，减小施工量加快施工进度，提高了生产效率。为保证爆破切顶效果，设置1m深辅助炮孔并装药爆破。打孔施工要保证炮孔质量,应平直齐，炮孔布设应确保对齐，成一条直线，炮孔的角度和孔位应按技术要求严格操作。
2.2.2 炸药直径、聚能管径与炮孔直径三径匹配
炸药药卷直径（d1）、聚能管径与（d2）、炮孔直径（d3）三者之间必须相互适应，以保证最佳的爆破效果。选择标准为：①聚能管直径大于药卷直径。为了使药卷能较为顺利的放入聚能管内，聚能管的直径必须大于药卷直径；但是聚能管直径不能无限制的大，必须保证药卷在聚能管中能被固定住，保证爆破质量。②炮孔直径大于聚能管直径。为了便于聚能管的安装，炮孔直径必须大于聚能管直径；为保证聚能管在炮孔中定向固定及爆破时聚能效果；根据理论分析及现场试验，炮孔直径一般比聚能管直径大4～7mm。
根据理论研究和综合现场已有设备，选择外径ф32mm
聚能管，与之相匹配的最佳炮孔直径为38mm，炸药直径为27mm，钻头直径38mm。这样既能保证药径与管径很好地紧密耦合又保证了药卷能较易放入聚能管中。
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图2-2 聚能管加工示意图
双向聚能管结构见图2-2。设计聚能孔直径为4mm，聚能孔的孔间距（中心到中心）为8mm。聚能管长度一般取炮孔长度的60%～70%效果最好。
2.2.3 切顶炮孔间距及炮孔装药量设计
单孔装药量与炮孔之间间距成正比关系。单孔装药量与炮孔孔间距的确定直接影响定向爆破切顶效果。
①单孔装药量越多，定向聚能爆破时产生的纵向裂缝向两侧延伸越远，两炮孔之间的孔间距就可设置的越大，可减少钻孔施工工程量，加快施工进度，提高生产效率。
②单孔装药量过多，爆破时能量过大，会导致顶板严重破坏，甚至导致顶板大面积垮落，增加返修维护及清矸的工程量，影响顺槽使用，甚至危害施工人员安全。
因此确定适当的单孔装药量及炮孔孔间距是决定切顶卸压沿空留巷技术成败的关键。
根据已完成的现场爆破试验，结合理论分析，基于现场已有材料；为了既保证切缝贯通效果，又能确保爆破切面较光滑平整，保证切落顶板完整性；采用孔间距为800mm，孔深4000mm，两孔中间设置深度1000mm辅助炮孔。采用二级煤矿水胶炸药，炸药规格为：直径φ27mm×400mm/卷。4000mm炮孔单孔装药4卷，1000mm辅助炮孔单孔装药1卷。
炮孔具体布置方式见图2-3。
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图2-3 沿空护巷聚能爆破炮孔间距（mm）布置平面图
2.2.4 聚能爆破参数汇总
爆破参数统计表
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3 主要结论
技术优点：
①消除临近工作面煤体上方应力集中。
②减小采掘比，提高生产效率，操作简单，造价低廉。
③避免留设煤柱引发的冲击地压、瓦斯突出、自燃等灾害。
切顶卸压沿空留巷新技术，避免了留设煤柱造成的资源浪费，提高资源回收率，减小采掘比，提高生产效率；减小巷道掘进及返修工程量，简化工作面端头维护工作量，降低工人劳动强度，能取得显著的社会效益。
切顶卸压沿空留巷新技术，在消除临近工作面煤体上方应力集中的同时，避免了瓦斯突出、冲击地压隐患，具有明显的安全效益。
参考文献：
[1]孙恒虎，赵炳利.沿空留巷的理论与实践，1993年.
[2]李会良，邢昭芳.深孔控制卸压爆破机理和防突试验，煤矿安全，1990年.
[3]郑福良.浅谈深孔控制卸压爆破中的合理封孔长度，煤矿安全，1990年.
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