石圪台煤矿12上104工作面架前预裂放顶技术的实践

石圪台煤矿12上104工作面架前预裂放顶技术的实践

姚纪凯

姚纪凯（石圪台煤矿）

摘要：针对神东矿区煤层浅埋深、基岩平均厚度50m的特点，为解决国内外初采放顶普遍采用深孔预裂爆破方法，但成本高，危险系数大的问题，石圪台煤矿12上104工作面架前预裂方案放顶的实施效果与同一盘区相邻工作面相比能很好缩短初次来压步距，缩短老顶长时间悬空。

关键词：深孔预裂爆破缩短初次来压步距缩短老顶悬空

引言

石圪台井田内煤层顶板岩性变化较大。伪顶一般不发育；直接顶发育较好多为粗砂岩、中粒砂岩，煤层及顶板受冲刷影响较大；老顶类多为粗砂岩、细砂岩。

工作面长248m，走向长度为866m，切眼宽度7.5m，平均高度2.2m，与12上105工作面采空区毗邻，最小距离15m。工作面沿走向方向布置，沿倾向方向坡度1°-3°，赋存条件相对简单。上覆松散层厚度为2.3-14.6m，上覆基岩厚度41.6-60.2m。切眼附近煤层厚度1.6-2.7m，平均煤厚1.95m，无伪顶；直接顶岩性为中粒砂岩，硬度系数3，厚度在4.29m左右，灰白色，成分以长石、石英为主，分选中等，颗粒次圆状，泥钙质胶结。老顶岩性细粒砂岩，厚度8.7-12.7m。由于工作面以高硬度岩性为主，且胶结程度较高，初次来压步距较长，根据相邻工作面12上105初次来压步距显示，未实行强放前，老顶初次来压步距55-60m。

1放顶基本原则与方案设计

1.1放顶基本原则初次放顶必须以顶板结构和开采条件为前提，应充分考虑矿压显现规律，并借鉴以往工作面老顶垮落的经验。根据工作面长度、采高、切眼宽度、煤层厚度、上覆基岩厚度等情况，结合矿区地质特征综合研究，设计出最佳的初次放顶顶板处理方案。为顶板控制和采掘工程服务，减少对安全生产的影响。

1.212上104工作面放顶方案设计

炮眼布置：当工作面推进2-3m处时，利用两相邻支架前梁“三角区”位置，沿采空区方向60°每三架施工一个炮眼，共48个孔，深度为1.7m，孔径42mm，装药系数0.6。炮眼呈“一”字型布置。

1.3施工方法在工作面机头机尾准备3台煤电钻打眼，采用乳化炸药、矿用瞬发雷管，矿用导火索，串联连线，配有QL200型强力起爆器起爆。采用封土或封泥充填，炮眼充填系数0.4。对每孔装药和封土用导爆索或充填木棍等参照物做好记录，以保证各药柱之间彼此密接，并对药柱和封土作防滑处理。采用统一打眼，分茬起爆，每茬起爆八个孔，共分6茬，分组由机尾向机头起爆。

1.4实施要求及安全注意事项

1.4.1提前1－2天清理工作面上下顺槽的煤尘，并将浮煤清理干净。

1.4.2装药前，将工作面及上下顺槽的水仓积水抽排干净，工作面所有支架必须处于完好状态，接顶良好，初撑力达到额定工作阻力的80％，切断工作面和顺槽所有电源。

1.4.3运送炸药、导爆索及雷管的车底板要用木板衬垫，雷管、炸药分开单独运输并由调度统一安排，避开人员上下井时间集中。装运过程必须有安监人员现场监控。

1.4.4装药前，必须撤离工作面回风系统中的所有人员，并在能进入回风系统的地点设警戒。

1.4.5放炮时，警戒距离和放炮距离要求大于500m，放炮前，必须由专人仔细清点人数。

1.4.6放炮作业中，严格执行“一炮三检”和“三人连锁放炮”制度。

1.5爆破效果及经验总结当工作面推进到2-3m时，开始实施架前打眼放炮；当推进到5-6m时，爆破后碎裂的岩石掉落，形成了一个深0.6-1.0m的“沟槽”，实现了顶板预裂的目的；当工作面推进到19m时整个工作面直接顶垮落。当工作面推进到28-32m时地面出现了宽度为3-5m，深度在0.4-1.3m的塌陷区，老顶垮落完毕，初放结束。

在整个初采过程中没有出现顶板大面积来压、切顶、压架和产生飓风现象。保证了初采期间的人员和设备安全。

而与之相邻的12上105工作面未实施架前预裂，直接顶完全垮落45m，老顶初次来压步距55-60m。架前预裂爆破起到了预想的效果。

2与传统深孔爆破方案对比

2.1作业环境和安全条件比较

2.1.1架前预裂爆破改善了作业环境，在液压支架防护下作业，大大提高了安全性。而传统深孔爆破工艺，人员进入采空区分组作业，人员较多，易发生重特大事故，危险性较高。

2.1.2架前预裂不易形成瓦斯积聚，通风条件较好，而传统的深孔爆破形成的炮烟不易散去，容易引起中毒窒息事故。

2.1.3架前预裂火工品管理简单，架前预裂起爆火工品随用随取，需要炸药少；而传统的深孔爆破火工品用量较大，而且必须提前运送到位。

2.2技术及经济效益比较

2.2.1架前预裂爆破打眼工器具较为简单轻便，容易实现整个工作面一次成眼；而传统的深孔爆破必须用钻机在采空区内作业，打眼速度慢，效率较低。

2.2.2架前预裂炮眼深度较浅，成孔较为快捷，造价较低，12上104工作面架前预裂共计费用1.2万元；而传统的深孔爆破造价较高，钻机打眼每米215元，按照每孔平均深度20m，每9m打一个眼，以12上104工作面248m计算，共计560m，合计12.04万元；按照0.6的装药系数，炸药、雷管、导爆索、辅助运输、人工等费用9.7万元，合计21.74万元。

2.2.3架前预裂作业周期较短，只需利用检修班一个小班即能完成，不影响正常生产，而传统的深孔爆破需要一天时间。

3结束语

3.1对于类似该矿的Ⅲ、Ⅳ类顶板，实施架前预裂可采用每3架打一个眼，如1、4、7架，打眼位置选为工作面推进2-3m，孔深一般取初采期间的采高与岩石松散系数之比。

3.2对于榆家梁、锦界矿等Ⅱ-Ⅲ类顶板，在安装支架的同时，可将切眼内锚杆、锚索的托盘全部卸掉，以去除锚杆、锚索对顶板的支护作用。打眼可采用工作面推进1刀后沿采空区方向60°每3架打一个眼；如：1、4、7架，待工作面继续推进两刀后对与之间隔的2、5、8架沿采空区65°打眼，深度为上茬眼1.3-1.5倍；继续推进2刀后在3、6、9架沿采空区70°打眼，眼深为上茬眼1.3-1.5倍；根据工作面的推进矿压显现情况可重复打眼。

3.3保证架前预裂效果关键是充分了解同一盘区矿压活动规律，合理选择打眼深度、角度，充分发挥炸药的威力。装药时保证药卷之间彼此接严，封土封泥质量必须得到保证，最好采用专门的炮眼封泥材料。

3.4采用瞬发内管、导爆索及高威力矿用安全型炸药，减少拒爆、残暴等现象发生。