摘要：以石圪台煤矿31煤二盘区工作面回采为背景，针对首采工作面过上覆22煤集中煤柱时发生动载矿压，造成大面积压架事故，提出了利用卸压爆破方法处理上覆集中煤柱的方法，通过理论计算得出了爆破具体参数，并对爆破前、后工作面回采期间矿压进行对比分析，实施卸压爆破后工作面压力明显减小，证明卸压爆破对于有效防治动载矿压具有较好的效果。
关键词：卸压爆破;集中煤柱;动载矿压
随着煤炭开采技术提高，开采规模的不断扩大，各大矿区对于煤炭的回采逐渐向深部转移。以神东矿区为例，部分矿井的第一层主采煤层已基本采完，第二层主采煤层已经逐步开始回采。然而在回采过程中发现，部分区域在第一层主采煤层回采过程中采用房柱式开采，采空区遗留下众多集中煤柱，在集中煤柱支撑下，上煤层一定区域内的顶板并未垮落，随着下煤层继续开采，集中煤柱发生大面积失稳时，上、下煤层顶板同时垮落，会造成下煤层工作面突然来压，造成压架事故，严重威胁着矿井的安全生产。
石圪台煤矿位于神东煤田，隶属于陕西省神木县，矿井面积65．25km2，主采12、22、31煤，目前22煤大部分已经回采完毕，矿井主要开采31煤，其中31煤二盘区为31煤层首个回采盘区，31煤二盘区地质条件复杂，上覆存在22煤多处小窑采空区、房采采空区、旺采采空区及22煤综采采空区，且存在22煤遗留的集中煤柱，二盘区首采工作面31201在过上覆22煤集中煤柱时，发生了压架事故，导致工作面停产54d，所幸并未造成人员伤害，事故发生主要原因为动载矿压所致。
1首采面矿压显现特征及异常原因分析
1.1首采工作面概况
31201工作面倾向长度为311.4m，走向长度为1865m;煤层厚度3.0～4.4m，平均4.0m。回采煤量269.7万t，回采面积58.1万m2。煤层倾角1°～3°，整体呈正坡回采。工作面基岩厚度55.5～130m，埋深109.2～132.2m，与2－2煤层间距34.5～39m。
工作面上覆有2－2煤房采采空区，采空区以三组平行于工作面的集中煤柱进行隔离，工作面设备布置如表1所示。
1.2首采工作面回采期间矿压显现特征
初采期间31201工作面来压不明显，在工作面推进至40.8m时，来压峰值458bar，来压持续10刀，局部出现煤壁片帮和部分支架立柱安全阀开启，开启率约10%，无立柱下沉现象，来压步距为48.6m。工作面正常推进时周期来压步距平均13.6m，压力段平均持续7.7刀，无压段平均持续10.3刀，来压时压力峰值达到465bar。来压时煤壁有炸帮、片帮(片帮深度0.2～0.5m)、顶板掉渣、漏矸现象，工作面安全阀开启率5%～15%之间，立柱下沉0.2m以内。工作面两端头及顺槽来压不明显，没有出现较大裂隙，顶板稍有小块磷皮现象。
2防治技术
根据动载矿压发生的机理，目前有效的防治方法为填充法、爆破卸压法。
2.1填充法
将集中煤柱前后一定范围内的采空区进行填充，当22煤集中煤柱失稳后，其所控制的顶板回转变形空间小，加之填充物能对垮落的顶板起到一定的缓冲作用，从而有效的避免下煤层工作面动载矿压的发生。尤其填充物可以将房采区煤柱间的采空区有效填充，增加煤柱稳定性，使得上煤层覆岩能形成稳定结构。但是填充法工艺复杂而且费用较高，必须保证采空区填充严密。
2.2爆破卸压法
爆破卸压法是通过预裂爆破的方法将集中煤柱及其一定范围内的顶板提前爆破，使得煤柱控制的顶板提前垮落，并且经过一段时间的压实，逐渐形成稳定结构。此时当下煤层工作面回采时，可以有效避免煤柱失稳后形成动载矿压。此方法工艺简单，易操作，但是使用炸药本身具有一定的危险性，施工过程中必须执行好管控措施。根据两种方法的优缺点，结合矿井本身的条件，选用爆破卸压法控制顶板，防治动载矿压的发生。
3爆破卸压参数
3.1炸药单耗
对31204工作面上覆煤柱实施卸压爆破，采用由地表向集中煤柱打钻孔实施爆破。22煤顶板为中细粒砂岩、粉砂岩，结合以往矿区的放顶实践，炸药单耗k取0.4kg/m3。
3.2最小抵抗线
卸压爆破主要目的是将22煤集中煤柱及周围一定区域内的顶板破坏，防止其突然垮落形成动载矿压。计算过程中必须考虑到22煤及其顶板的物理力学特性。由公式Kpw=M+w计算得到煤柱爆破的最小抵抗线为10m，Kp—岩层的碎胀系数;M—采高为4.5m;w—最小抵抗线。
3.3单孔装药量
考虑12%的富裕系数，单孔装药量Q1=350kg，如果在煤柱内Q2=560kg。
3.4孔网参数
采用正方形布置垂直炮孔，炮孔直径d=190mm，炮孔间排距a=b=15m，孔深d1=70m(煤柱内d2=76m)。
4效果分析
为了防止过煤柱期间发生动载矿压，造成顶板事故，提前对上覆煤柱进行了爆破处理，图3为31204(已爆破)及31201(未爆破)工作面过上覆宽32．1m集中煤柱时矿压观测结果。由图3可知，31201工作面未实施爆破时工作面过煤柱期间压力明显高于平时，尤其在出煤柱一定距离后，由于煤柱随工作面不断推进发生破坏、垮塌，其控制的一定范围内的顶板也随之垮落，对工作面造成巨大的冲击，造成工作面压力急剧增加，出煤柱期间平均压力17350kN。31204工作面实施爆破后，由图3可以看出，过煤柱期间工作面压力明显减小，过煤柱期间平均压力15753kN。
根据现场矿压显现情况，31204工作面过煤柱来压期间，安全阀局部开启，片帮深度缩小，立柱下沉量也明显缩小，整个回采过程中并未出现压力急剧增加，安全阀喷射等动载矿压现象。因此可以得出，在对上覆煤柱提前爆破后，经过一段时间的压实，爆破后的煤体对覆岩起到了一定的承载作业，且原来煤柱控制的顶板断裂后的岩块间形成了具有一定承载能力的铰接结构，进而有效地避免了动载矿压的发生，说明了卸压爆破对于有效防治动载矿压具有积极的意义。
5结束语
1)针对石圪台煤矿31204工作面过上覆集中煤柱期间可能发生动载矿压，介绍了两种有效的防治方法，结合现场实际情况选择了采用地表钻孔爆破卸压法来防治顶板灾害。
2)通过理论计算，确定了卸压爆破的具体技术参数。
3)通过对爆破前、后工作面过集中煤柱过程中矿压对比分析得出，爆破后工作面矿压明显减小，出煤柱期间平均压力减小了1597kN。
4)煤柱爆破后，在工作面过煤柱期间并未出现剧烈的矿压显现，卸压爆破对于有效防治动载矿压具体积极的意义。
参考文献：
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论文作者:张杰,王刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/18
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