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[摘 要]东坡煤矿在综采工作面回采时，沿顺槽方向应用聚能穴爆破切顶技术，成功减小了煤柱留设宽度，提高了资源回收率，为今后应用聚能穴爆破切顶技术减小煤柱留设宽度提供了宝贵经验。
[关键词]聚能穴爆破 切顶 煤柱宽度
中图分类号：TV542 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0381-01
0 引言
东坡煤矿始建于70年代，建矿已有40多年历史，井下资源面临枯竭，为了延续矿井服务年限，以前该矿一直尝试通过加强顺槽支护强度来缩小工作面之间煤柱留设的宽度，但巷道维护量大，效果不太理想。近几年，该矿引进新技术，在综采工作面回采时，沿顺槽方向应用聚能穴爆破切顶技术，大大降低了采空区压力的影响，成功减小了煤柱留设宽度，提高了资源回收率，为今后应用聚能穴爆破切顶技术减小煤柱留设宽度提供了宝贵经验。
1 试验工作面概况
试验工作面为903工作面。903工作面位于600采区，西部、北部为实煤区，东部为井田边界，南部为901工作面采空区。东西走向860米，南北宽度150米。
受901采空区压力影响，特别是老顶侧向悬顶的影响，903上顺巷道掘进及回采期间，巷道压力大，多次出现漏顶、片帮现象，巷道维护量大。为了降低903采空区对接续面905上顺的影响，根据聚能穴爆破原理，对903下顺进行顺向切顶，之后不但可以减小903与905之间煤柱宽度，还能降低对905上顺巷道的影响，降低巷道的维护量。
2 地质条件
2.1 煤层特征
903工作面主采煤层为5-2煤层，煤层厚度1.9～4.2m，平均厚度2.7m，煤层倾角3°～12°，属复杂结构煤层，一般含0.1～0.2m厚的炭质泥岩夹矸两层，块状或层状结构，阶梯状断口，质优性脆。
2.2 围岩性质
5-2煤层顶板属复合型顶板，存在伪顶、直接顶和老顶。
伪顶：一般小于0.5m的炭质泥岩，随采随落。
直接顶：直接顶为砂质泥岩或泥岩，夹5-1煤层，厚度为1.2～6.8m，当遇水时，易冒落。
老顶：老顶为中粗粒长石石英砂岩，一般厚度4～18m，致密坚硬，含黄铁矿结核，发育有两组节理，在回采放顶时分层跨落。
底板：5-2煤层底板为灰白色、坚硬的石英砂岩，厚度1～3m。
3 施工工艺
3.1 聚能穴切顶原理
传统的深孔爆破裂隙扩展方向不可控，是将岩石向炮孔四周崩出裂隙。而聚能爆破，可以使爆破产生的主裂隙按指定方向进行扩展。由于传统爆破裂隙很难控制裂隙方向及程度，易将巷道上方顶板随机炸断，使回采巷道支护失效，造成事故。而聚能穴爆破是在炸药被筒上设计“V”形聚能槽，当炸药起爆后，产生的高温高压的爆轰产物会主要沿着聚能槽的方向释放，使岩石沿着聚能穴方向形成拉裂裂缝，如图1所示。
3.2 切顶降压原理
当工作面正常向前回采时，对邻近接续面的顺槽上方沿走向方向，利用聚能定向爆破将顶板拉裂成缝，从而降低巷道煤柱内的应力集中，减小煤柱塑性破坏区范围，对接续工作面的巷道漏顶、偏帮、底鼓起到缓和预防作用。因为巷道漏顶、偏帮、底鼓多是由于邻近采空区顶板应力集中造成的，当顶板断裂线位于采空区上方，则煤柱上方顶板为一悬臂梁结构，悬臂梁受力完全作用在煤柱上，煤柱塑性区范围大，需要留设较大的煤柱；当工作面顶板断裂位于煤柱上方山，则煤柱的一部分作为岩梁一端的承载基，必然受力集中，塑性区范围大，留设煤柱尺寸也就相应增大；当采用聚能穴定向爆破，使顶板沿煤柱一侧顶部断裂，降低应力集中现象，一般可将煤柱从30m减小到5m，此外下个工作面巷道的漏顶、偏帮、底鼓现象会明显得到改善，大大减少维修巷道成本。
3.3施工工艺
根据施工安排，对903下顺进行切顶，以便实现与905工作面之间小煤柱开采，如图2所示。
切顶线的位置如图3所示，炮孔长度分为两种，深孔與浅孔位置参数如图3-4所示，其中，深孔斜长24m，间隔10m，钻孔仰角取40度，封孔长度6m，炮孔直径94mm，孔内药卷直径75mm，深孔只将老顶切断；浅孔长度4m，间隔5m，垂直向上，封孔长度1.2m，炮孔直径45mm，孔内药卷直径36mm，浅孔可将巷道支护范围的顶板切断。
为了施工安全及超前顶板管理，打钻可以提前进行，位置距工作面30～50米，当深孔口距离工作面10m左右时装药起爆，浅孔距工作面2米左右装药起爆，且深孔先浅孔起爆，防止浅孔起爆造成深孔塌孔。封口效果好则起爆后巷道顶板应该不会破坏，但巷道超前支护必须按要求支护，直接顶紧跟支架垮落，老顶预计工作面推过10m后切落。
4 经济效益分析
切顶施工成本：
（1）炸藥投入：巷道长度860米，深孔每10米布置一个钻孔，共计86个，每孔装药43.2kg，共计3715.2kg；浅孔每5米布置一个钻孔，共计172个，每孔装药4.2kg，共计722.4g；共计使用炸药4437.6kg，炸药费用为4437.6×9=4.0万元。
（2）雷管投入：雷管共使用258发，雷管费用258×1.9=0.05万元。
（3）打钻机具投入：深孔施工需1台坑道钻机，浅孔需2台风动锚杆机，钻机、钻杆、钻头等共约12万元。
（4）人工费：深孔每个960元，浅孔每个110元，共计10.15万元
总费用：4.0+0.05+12+10.15=26.2万元。
采用切顶煤柱宽度可从30m缩减至5m，可多回采煤炭8.0万t，按售价260元/t，则新增经济收入2080万元，且905上顺维护费用也可减少，经济效益可观。
5 结语
聚能穴爆破切顶技术在东坡煤矿903工作面下顺的成功应用，对东坡煤矿小煤柱开采具有重要意义，同时也降低了巷道支护及维护成本，为今后聚能穴爆破切顶技术提供依据和经验。
参考文献
[1] 张国锋，何满潮，俞学平.白皎矿保护层沿空切顶成巷无煤柱开采技术研究[J].采矿与安全工程学报，2013，（15）
[2] 周诗建，周华龙.矿山压力观测与控制.重庆大学出版社，2010.
[3] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制.中国矿业大学出版社，2003.
[4] 姚永，马超.联合支护技术与爆破切顶在沿空留巷中的应用[J].科技创新导报，2011，（33）
作者简介
兰团晖（1984—），男，河南宝丰县人，2008年毕业于河南理工大学，本科，现铜川矿业公司东坡煤矿生产科工作
[关键词]聚能穴爆破 切顶 煤柱宽度
中图分类号：TV542 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0381-01
0 引言
东坡煤矿始建于70年代，建矿已有40多年历史，井下资源面临枯竭，为了延续矿井服务年限，以前该矿一直尝试通过加强顺槽支护强度来缩小工作面之间煤柱留设的宽度，但巷道维护量大，效果不太理想。近几年，该矿引进新技术，在综采工作面回采时，沿顺槽方向应用聚能穴爆破切顶技术，大大降低了采空区压力的影响，成功减小了煤柱留设宽度，提高了资源回收率，为今后应用聚能穴爆破切顶技术减小煤柱留设宽度提供了宝贵经验。
1 试验工作面概况
试验工作面为903工作面。903工作面位于600采区，西部、北部为实煤区，东部为井田边界，南部为901工作面采空区。东西走向860米，南北宽度150米。
受901采空区压力影响，特别是老顶侧向悬顶的影响，903上顺巷道掘进及回采期间，巷道压力大，多次出现漏顶、片帮现象，巷道维护量大。为了降低903采空区对接续面905上顺的影响，根据聚能穴爆破原理，对903下顺进行顺向切顶，之后不但可以减小903与905之间煤柱宽度，还能降低对905上顺巷道的影响，降低巷道的维护量。
2 地质条件
2.1 煤层特征
903工作面主采煤层为5-2煤层，煤层厚度1.9～4.2m，平均厚度2.7m，煤层倾角3°～12°，属复杂结构煤层，一般含0.1～0.2m厚的炭质泥岩夹矸两层，块状或层状结构，阶梯状断口，质优性脆。
2.2 围岩性质
5-2煤层顶板属复合型顶板，存在伪顶、直接顶和老顶。
伪顶：一般小于0.5m的炭质泥岩，随采随落。
直接顶：直接顶为砂质泥岩或泥岩，夹5-1煤层，厚度为1.2～6.8m，当遇水时，易冒落。
老顶：老顶为中粗粒长石石英砂岩，一般厚度4～18m，致密坚硬，含黄铁矿结核，发育有两组节理，在回采放顶时分层跨落。
底板：5-2煤层底板为灰白色、坚硬的石英砂岩，厚度1～3m。
3 施工工艺
3.1 聚能穴切顶原理
传统的深孔爆破裂隙扩展方向不可控，是将岩石向炮孔四周崩出裂隙。而聚能爆破，可以使爆破产生的主裂隙按指定方向进行扩展。由于传统爆破裂隙很难控制裂隙方向及程度，易将巷道上方顶板随机炸断，使回采巷道支护失效，造成事故。而聚能穴爆破是在炸药被筒上设计“V”形聚能槽，当炸药起爆后，产生的高温高压的爆轰产物会主要沿着聚能槽的方向释放，使岩石沿着聚能穴方向形成拉裂裂缝，如图1所示。
3.2 切顶降压原理
当工作面正常向前回采时，对邻近接续面的顺槽上方沿走向方向，利用聚能定向爆破将顶板拉裂成缝，从而降低巷道煤柱内的应力集中，减小煤柱塑性破坏区范围，对接续工作面的巷道漏顶、偏帮、底鼓起到缓和预防作用。因为巷道漏顶、偏帮、底鼓多是由于邻近采空区顶板应力集中造成的，当顶板断裂线位于采空区上方，则煤柱上方顶板为一悬臂梁结构，悬臂梁受力完全作用在煤柱上，煤柱塑性区范围大，需要留设较大的煤柱；当工作面顶板断裂位于煤柱上方山，则煤柱的一部分作为岩梁一端的承载基，必然受力集中，塑性区范围大，留设煤柱尺寸也就相应增大；当采用聚能穴定向爆破，使顶板沿煤柱一侧顶部断裂，降低应力集中现象，一般可将煤柱从30m减小到5m，此外下个工作面巷道的漏顶、偏帮、底鼓现象会明显得到改善，大大减少维修巷道成本。
3.3施工工艺
根据施工安排，对903下顺进行切顶，以便实现与905工作面之间小煤柱开采，如图2所示。
切顶线的位置如图3所示，炮孔长度分为两种，深孔與浅孔位置参数如图3-4所示，其中，深孔斜长24m，间隔10m，钻孔仰角取40度，封孔长度6m，炮孔直径94mm，孔内药卷直径75mm，深孔只将老顶切断；浅孔长度4m，间隔5m，垂直向上，封孔长度1.2m，炮孔直径45mm，孔内药卷直径36mm，浅孔可将巷道支护范围的顶板切断。
为了施工安全及超前顶板管理，打钻可以提前进行，位置距工作面30～50米，当深孔口距离工作面10m左右时装药起爆，浅孔距工作面2米左右装药起爆，且深孔先浅孔起爆，防止浅孔起爆造成深孔塌孔。封口效果好则起爆后巷道顶板应该不会破坏，但巷道超前支护必须按要求支护，直接顶紧跟支架垮落，老顶预计工作面推过10m后切落。
4 经济效益分析
切顶施工成本：
（1）炸藥投入：巷道长度860米，深孔每10米布置一个钻孔，共计86个，每孔装药43.2kg，共计3715.2kg；浅孔每5米布置一个钻孔，共计172个，每孔装药4.2kg，共计722.4g；共计使用炸药4437.6kg，炸药费用为4437.6×9=4.0万元。
（2）雷管投入：雷管共使用258发，雷管费用258×1.9=0.05万元。
（3）打钻机具投入：深孔施工需1台坑道钻机，浅孔需2台风动锚杆机，钻机、钻杆、钻头等共约12万元。
（4）人工费：深孔每个960元，浅孔每个110元，共计10.15万元
总费用：4.0+0.05+12+10.15=26.2万元。
采用切顶煤柱宽度可从30m缩减至5m，可多回采煤炭8.0万t，按售价260元/t，则新增经济收入2080万元，且905上顺维护费用也可减少，经济效益可观。
5 结语
聚能穴爆破切顶技术在东坡煤矿903工作面下顺的成功应用，对东坡煤矿小煤柱开采具有重要意义，同时也降低了巷道支护及维护成本，为今后聚能穴爆破切顶技术提供依据和经验。
参考文献
[1] 张国锋，何满潮，俞学平.白皎矿保护层沿空切顶成巷无煤柱开采技术研究[J].采矿与安全工程学报，2013，（15）
[2] 周诗建，周华龙.矿山压力观测与控制.重庆大学出版社，2010.
[3] 钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制.中国矿业大学出版社，2003.
[4] 姚永，马超.联合支护技术与爆破切顶在沿空留巷中的应用[J].科技创新导报，2011，（33）
作者简介
兰团晖（1984—），男，河南宝丰县人，2008年毕业于河南理工大学，本科，现铜川矿业公司东坡煤矿生产科工作