古城煤矿N1302工作面顶板预裂技术应用

李航宇

（潞安矿业集团古城煤矿，山西 长治 046000）

对于回采工作面而言，当悬顶面积过大时，会导致顶板内集聚大量弹性能［1］，造成工作面压力升高，煤壁片帮等现象，若发生顶板大面积垮落，会造成重大人身安全事故和财产损失。因此，需要采取措施弱化坚硬顶板，基于此，已有诸多学者进行了研究［2-6］。针对古城煤矿N1302工作面坚硬顶板问题，拟采取深孔爆破预裂技术弱化坚硬顶板；
通过分析顶板预裂效果，为后续工作面安全回采提供理论指导。

古城煤矿N1302工作面为北一盘区N1305工作面的接替面，西侧、北侧为实体煤，东侧为N1303采空区。N1302工作面采用综采放顶煤采煤法，采高3.2 m，放煤高度3.04 m，工作面可采长度1 060 m，切眼长度330 m。工作面布置三条回采巷道，西侧N1302工作面回风顺槽和N1302工作面胶带输送机顺槽间距50 m，东侧布置N1302工作面进风顺槽，另在煤层顶板裂隙带内布置N1302工作面瓦斯高抽巷。工作面布置如图1所示。

图1 N1302工作面布置

N1302工作面开采3#煤层，位于山西组的中下部，煤层平均厚度6.24 m，煤层直接顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，厚0～7.45 m，平均4.03 m；
老顶为中～细粒砂岩，厚0～20.10 m，平均5.86 m，为半坚硬～坚硬的岩石，不易垮落。工作面坚硬顶板会造成初采期间悬顶面积过大，来压剧烈，为避免造成顶板大面积垮落而威胁安全生产，拟定对N1302工作面顶板进行弱化，即采用深孔爆破预裂卸压技术方案。

2.1 钻孔布置与装药

（1）N1302高抽巷钻孔。为保证高抽巷抽排效率，在N1302切眼内对N1302高抽巷正下方打设6个预裂钻孔，距煤墙0.5 m，钻孔间距0.5 m，钻孔直径42 mm，孔深9.39 m，钻孔参数如表1所示。

表1 N1302高抽巷预裂孔参数

（2）N1302工作面切眼钻孔。N1302工作面切

眼采用深眼顶板预裂爆破，深眼爆破眼径为85 mm，径向装药不耦合系数为1.42，在同一剖面内布置炮眼，预裂前先对炮眼进行通孔。炮眼底部到达细粒砂岩上层，装入药卷个数依据炮眼在砂岩中的长度确定。

工作面布置炮眼53个，所有炮眼在同一剖面内，位于切眼正中，共18组炮眼，其中A、B眼各18个、C眼17个（A1～A18、B1～B18、C1～C17），钻 孔布置如图2所示，钻孔参数如表2所示。

图2 钻孔布置

2.2 炸药选用

（1）N1302高抽巷预裂。爆破所用炸药为三级煤矿许用乳化炸药，药卷规格为ϕ35 mm×200 mm，0.2±0.1 kg/卷；
所用雷管为煤矿许用毫秒延期Ⅰ段电雷管；
导爆索采用煤矿许用安全导爆索，以太安、黑索金炸药为药芯、用棉线和塑料编织物等作包缠物，并以塑料为防潮层组成，规格为ϕ6.5±0.3 mm，爆速＞6 000 m/s；
使用炮棍将炸药送至孔底，炮泥采用黄土制作。炸药放入聚能管内，将聚能管逐根连接，炮泥采用黄土制作。

表2 N1302综采工作面顶板预裂参数

2.3 爆破方式

（2）N1302工作面切眼顶板预裂。爆破所用炸药为三级煤矿许用乳化炸药，药卷规格为ϕ45 mm×440 mm，0.8±0.1 kg/卷；
所用雷管为煤矿许用毫秒延期Ⅰ段电雷管；
导爆索采用煤矿许用安全导爆索，以太安、黑索金炸药为药芯、用棉线和塑料编织物等作包缠物，并以塑料为防潮层组成，规格为ϕ6.5±0.3 mm，爆速＞6 000 m/s；
装药：将

（1）N1302高抽巷预裂。炮眼采用不耦合装药方式，单雷管、单导爆索引爆，每一根导爆索均采用煤矿许用8#雷管起爆，一次装药、一次爆破。连线方式采用“局部并联、总体串联”的方式进行，使用BF-200型起爆器。

（2）N1302工作面切眼顶板预裂。爆破顺序从N1302进风顺槽向N1302胶带顺槽，炮眼采用不耦合装药方式，双雷管、双导爆索引爆，每一根导爆索均采用煤矿许用8#雷管起爆，2个雷管在眼外采用并联连接，分组装药、分次爆破。连线方式采用“局部并联、总体串联”的方式进行，即同一炮眼内的电雷管并联，一次起爆的炮眼串联，雷管连线方式如图3所示，使用BF-200型起爆器。起爆总共分9组，从第一组开始依次进行爆破。

图3 电雷管连线

N1302工作面回采3.2 m时，切眼留出一定空间进行顶板预裂。爆破后，工作面支架上方顶煤垮落，局部区域可见矸石。通过支架上收集的矿压监测数据分析得出，工作面初次来压步距为33.6 m，支架平均工作阻力5 438 kN，较相邻N1303工作面的初次来压步距44.8 m，来压期间支架工作阻力6 395 kN有了显著降低，表明工作面顶板预裂取得了一定成果。通过深孔爆破预裂技术，破坏了岩层原有的完整程度，力学性能被弱化，有效降低了基本顶初次来压步距，缩短工作面悬顶面积，减弱了工作面矿压显现，保证了工作面初采期间安全生产。

1）针对N1302工作面坚硬顶板，且初次来压步距大、矿压显现剧烈，为保证工作面初采期间安全回采，拟采用深孔爆破预裂技术方案，对煤层顶板进行弱化处理。

2）工作面顶板爆破预裂后，初次来压步距为33.6 m，支架工作阻力为5 438 kN，弱化效果明显，减弱了工作面矿压显现，避免了工作面悬顶面积过大，有效保障了工作面安全回采。

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