摘要：为确保综采工作面初次放顶安全实施，切眼内强制放顶效果好坏尤为重要。本文重点对切眼内钻孔（炮眼）布置、爆破参数设计及强制放顶工艺进行了分析、研究，以达到较好的强制放顶效果，确保综采工作面初次放顶安全实施。
关键词：综采工作面；强制放顶；炮眼布置；爆破参数
1.研究背景及研究内容
1.1 立项背景
沙沟岔煤矿位于陕北侏罗纪煤田神府矿区新民普查区的北部，矿井采用盘区式开采，主采5-2煤层，综采工作面煤层厚度2.5m-3.0m，平均2.73m；直接顶为中-细粒砂岩，厚度2.3m-6.7m，平均厚度4.5m；老顶为细粒砂岩，厚度1.13m-5.78m,平均3.07m。综采工作面初次放顶期间，老顶不易跨落，老顶大面积跨落时，来压剧烈，容易造成支架压死，飓风等灾害，严重威胁矿井安全生产。综采工作面强制放顶就是提前在切眼内施工钻孔（炮眼），待工作面回采3-4m时，在工作面老塘侧装药，对工作面进行深孔爆破，以达到提前破坏工作面老顶的一种工艺。强制放顶效果对综采工作面初次安全放顶起到决定性作用，因此，对强制放顶工艺技术研究成为煤矿工程技术人员的首要任务。
1.2 研究内容
⑴强制放顶炮眼布置及参数设计。
⑵强制放顶工艺研究。
⑶应用效果及安全性分析。
⑷结论及建议。
2.强制放顶炮眼布置及参数设计
2.1 炮眼布置
520108综采面切眼长度为240m。炮眼布置在切眼，采用平行布孔，呈“一”字形布置，炮眼与顶板夹角取33°，便于炮眼施工及崩落岩石；炮眼中心距距切眼中心线1m（靠老塘侧），有利于人员后期进入老塘装药的安全。
2.2 爆破参数选择
2.2.1 炮眼直径
炮眼直径的大小对施工效率和爆破效果影响很大。影响孔径的主要因素是使用的钻机类型、炸药的威力及顶板岩性。本次综采面顶板岩性为中-细粒砂岩、细砂岩，岩石致密，节理不发育，炮眼不易变形，且本次炮眼选用ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机施工，因此，炮眼选用直径φ=70mm的小直径深孔比较合理，钻头采用φ68mm合金钢钻头，配套钻杆。
2.2.2 炮眼深度
孔深对施工效率影响很大，随着孔深增加，施工效率下降，深孔偏斜增大，施工质量变差。根据钻机类型、顶板岩性及分布范围等情况，考虑深孔用途及施工效率，选择炮眼深度不超过30m，确定炮眼深度为30m、23m、16m三种类型。
2.2.3最小抵抗线及炮眼间距
最小抵抗线根据矿山实际资料选取；目前，矿山采用的最小抵抗线W数值见表2-1。
表2-1 最小抵抗线与炮眼直径关系
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本次炮眼直径φ=70mm，根据上表数据，选取最小抵抗线W为2.0m。
炮眼间距根据以下公式计算：
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式中m—密集系数；
a—孔间距（m）；
W—最小抵抗线（m）。
密集系数是孔间距与最小抵抗线的比值，目前选取是根据经验来确定。通常，平行孔的密集系数为0.8-1.1，以0.9-1.1较多。本次密集系数选取1.1。
根据公式计算：a=m×W=1.1×2.0=2.2m
因本次深孔爆破不对爆破后的岩石块度进行要求，只要求爆破后对工作面老顶进行破坏就行，考虑到劳动效率及工作面面长，本次炮眼间距选取4-7m，大于最小抵抗线。
2.3炮眼装药结构
根据《煤矿安全规程》第三百五十九条规定，深孔爆破时，封泥长度不得小于孔深的1/3，本次封泥长度取0.4倍孔深。
炸药采用煤矿许用水胶炸药，药卷规格为φ65×400mm，重量1.5Kg，炮眼采用连续偶合方式装药，装药系数为0.6，每米炮眼装药量为3.75Kg。
3.强制放顶工艺研究
3.1炮眼施工
炮眼布置在切眼，采用平行布孔，呈“一”字形布置，炮眼与顶板夹角取33°，便于炮眼施工及崩落岩石；炮眼中心距距切眼中心线1m（靠老塘侧），有利于人员后期进入老塘装药的安全。
炮眼采用ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机施工，钻头采用φ68mm合金钢钻头，配套钻杆，成孔直径φ=70mm。炮眼必须经过二次刷孔，确保成型圆滑、平直。
520108综采面，共布置43个孔。炮眼间距为4-7m，特殊炮眼眼距为4m,其余眼距为7m。由主运顺槽至回风顺槽按1-43号布置炮眼，炮眼口径70mm，炮眼深度为16m、23m、30m三种。其中6#、7#、8#、14#、16#、18#、20#、22#、24#、26#、34#、35#、36#炮眼深度为30m，15#、17# 、19#、21#、23# 、25#、27#炮眼深度为23m，其余炮眼深度为16m。炮眼角度设计为仰角33o。
炮眼布置特点：
为提高强制放顶效果，加大切眼中部及上部二分之一处和下部二分之一处爆破力度，炮眼布置特点如下：
520108综采面在切眼中部布置7组特殊炮眼，每组2个炮眼，共14个炮眼，按长、中布置，眼深分别为30m、23m。第一组（14#、15#），第二组（16#、17#），第三组（18#、19#），第四组（20#、21#），第五组（22#、23#），第六组（24#、25#），第七组（26#、27#）；在切眼上部二分之一处及下部二分之一处分别布置1组特殊炮眼，每组3个炮眼，共6个炮眼，眼深均为30m。上部（34#、35# 、36#），下部（6#、7# 、8#），其余炮眼眼深均为16m。炮眼深度总计919m。
3.2 药包及炮泥制作
炸药采用煤矿许用水胶炸药，药卷规格为φ65×400mm，装入φ68的PVC管中，制作成药包。每根PVC管标准长度3m，根据炮眼装药设计（装药系数为0.6），可以截短PVC管长度，使药包符合设计要求，药包制作同时安装导爆索。封孔炮泥（炮泥采用黄泥制作）长度为孔深的0.4倍，除去手工填泥1.2m外，剩余长度采用PVC管装泥，装够适当长度。
3.3 装药及连线
工作面向前推进3-4m后，进行装药。炮眼采用连续偶合方式装药，装药系数为0.6，每米炮眼装药量为3.75Kg，根据不同炮眼深度，将提前做好的配套药包装入炮眼内，然后装入提前制作好的配套炮泥，在装好的配套炮泥外再进行手工填泥，手工填泥长度不小于1.2m。雷管采用煤矿许用毫秒延期电雷管，导爆索采用安全导爆索，并采用双雷管、双导爆索引爆，起爆器型号为MFd-200型。每一根导爆索用一发雷管起爆，两发雷管采用并联方式连接，用胶带纸将雷管和导爆索绑扎牢固，保证雷管与导爆索紧密接触，且雷管聚能穴端应与导爆索传爆方向相同。
放炮母线采用2.5mm2的专用电缆，必须保证绝缘良好，并且悬空吊挂。放炮母线不得与其他电缆悬挂在一起。
装药总量：520108综采面装药总量为919m×0.6×3.75Kg/m=2067.75Kg。
4. 应用效果及安全性分析
4.1 综采面强制放顶应用效果
520108综采面切眼强制放顶后，直接顶全部跨落，随工作面向前推进，直接顶随采随冒。工作面推进48m后，老顶开始来压，局部老顶开始冒落；工作面推进60m后，老顶来压较剧烈，支架工作阻力32-42MPa，平均38MPa；工作面推进75m时，支架工作阻力普遍下降至30MPa以下，初次放顶结束。初放期间工作面未产生飓风，支架未出现受损或压死现象。
4.2 安全性分析
综采工作面强制放顶顺利实施，避免了综采面初放期间产生飓风及压死支架现象，提高了工作面初放期间的安全系数，为综采工作面安全、顺利初次放顶提供了保障。
综采工作面强制放顶，是在切眼内进行大药量爆破，存在一定的安全风险。因此，在强制放顶过程中要加强炸药运输、药包制作、装药及连线等关键环节的安全管理。施工过程中各工序要严格按照作业规程及安全技术措施要求进行施工，规范职工的操作行为，确保强制放顶安全、顺利实施。
5.结论及建议
综采工作面强制放顶成功实施，为综采工作面安全、顺利初次放顶提供了保障。该工艺可以在类似条件的综采面进行推广应用。
在今后综采工作面强制放顶施工过程中，根据实施效果继续对该工艺进行优化，特别是在工作面上、下端头，针对上、下端头顶板冒落困难的情况，在炮眼布置及参数设计上继续改进。
参考文献：
[1]王玉杰.爆破工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.
[2]国家安全生产管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016.
论文作者:董海洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
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