采空區塌陷爆破安全性分析

1概述

米泉三分場煤礦采用斜井提升，年產原煤15萬t，采用倉儲式開采。井口位于首采區中部，以井筒為中心，東翼45^#煤層9個采倉，西翼5個。

1.1 鐵長溝露天煤礦自上而下地表部分為第四系黃土層覆蓋。其下為松散、鈣質半膠結和膠結的礫石層。磁結礫石層自西向東、自南向北膠結程度之間，且膠結性強，相當于一層保護層位于煤層露頭的頂部。在首采區北部磁結礫石層平均6～10m；而首采區南部的采空倉其上部覆蓋層則多為半膠結礫石層，膠結礫石層厚度很薄一般不超過4m。含煤地層為灰色、深灰色泥巖、粉砂巖和細砂巖。

1.2 采空倉塌陷情況

在位于膠結礫石層厚度比較薄的首采區西部的采空倉，采空倉冒落度高，其中45^#煤層西1^#、西2^#采空倉長期受爆破振動影響，自下而上完全冒落，形成上大下小的喇叭形狀辯論的塌陷坑，空倉頂部距離地表的覆蓋層度約25m左右，整個采空倉除局部有空間未被充滿外，基本上全部被塌落物所充填。從塌陷的斷面中測量可以得出，膠結礫石層厚度約4m，半膠結礫石層和松散礫石厚度18m，黃土厚度3m。首采區南部的柳子廟煤礦采空區，在施工過程中造成地表塌陷，塌陷位置^#煤層頂部，塌落的覆蓋層厚度為8.5m，空倉塌陷深度4.5m，塌陷坑形狀辯論上小下大，開口直徑3m，下部5m，形成倒喇叭形。

1.3 采空倉探查情況

根據存在的采空倉分布的塌陷情況，本著探查先行、生產隨后、有疑必探、邊探邊生產的原則。根據采空倉變化規律和特點，采空區探查采取有重點的抽樣探查方式，通過探查到的采空倉資料，推斷、分析和判明其它采空倉的范圍，頂厚和分布規律。探查成果見表1。

表 1 采空區探查成果表



從采空區勘探所獲得資料表明，三分場煤礦采空區45^#煤層采空倉在+750m水平以上空倉平均高度12~18m，43^#煤層5.5~10m;首采區南部的柳子廟煤礦采空倉平均高度3.5~4.5m。對于煤層相對較厚、煤層賦存條件相對較好的45^#煤層，由于煤層開采量大，最大相差5~6m。而對于煤層厚度相對較薄的43^#煤層，由于煤層不穩定、夾層比較多，空頂冒落高度不如45^#煤層，空倉頂部形狀多呈尖角形，整個空倉頂部覆蓋層厚度相差較大，最小4~5m。并根據45^#煤層西1^#、西2^#采空倉的自然塌陷情況和對西6^#采空倉的探查結果，推斷出45^#煤層西3^#、4^#采空倉高度在12~15m，覆蓋層厚度在29~32m之間。

2安全性分析

從45^#煤層西1^#、2^#采空倉地表自然塌陷所暴露的巖性及跨落的漏斗形狀和深度分析認為：井筒以西膠結礫石厚度相對較薄，空倉頂部巖石比較松軟，在長期開挖和爆破振動的影響下，膠結礫石層很容易被振松或振落，突然自然冒落的可能性很大；從采空區探查的資料分析，結合膠結礫石層、增膠結礫石層的賦存特點和對礫石層厚度的推斷得出：當膠結礫石層厚度大于6m時，采空倉自然冒落的可能性大大減小。并結合多年對采空區的管理經驗，作出如下安全分析。

2.1 覆蓋層厚度

（1）當膠結礫石層厚度小于6m，采空倉平面尺寸大于或等于25m時，45^#、43^#煤層采空倉上部覆蓋厚度以30m作為最小安全距離計算，在此厚度范圍內所有的機械設備應停止作業；

（2）當膠結礫石層厚度大于6m，采空倉平面尺寸在20~25m時，45^#、43^#煤層采空倉上部覆蓋層厚度以25m作為最小安全距離計算；

（3）當采空倉平面尺寸不超過5m、但又<10m，上部覆蓋層為半膠結礫石層時，采空倉上部覆蓋層厚高以20m作為最小安全距離計算；

（4）當采空倉平面尺寸不超過5m，上部覆蓋層為半膠結礫石層時，由于采空倉面積較小，采出煤量較少，柳子廟煤礦27^#、28^#煤層采空倉上部覆蓋層厚高以15m作為最小安全距離計算；

(5) 巷道空巷道斷面積小，其上部安全厚高定為10m。

2.2 最小抵抗線

在采空區塌陷爆破中，把采空區頂部到藥室之間的距離稱為最小抵抗線。在確定最小抵抗線時，應注意考慮以下幾方面的因素。

（1）采空倉的大小。當采空冒落范圍比較大且空頂比較高，如45^#、43^#煤層采空倉，根據其采空倉高度，最小抵抗線應選擇的大一些，根據現場實際經驗，為了確保人身安全，在膠結礫石層中最小抵抗線應不于小一個臺階高度8~10m。在半膠結礫石層中，由于巖體膠結程度不如膠結礫石層，安全穩定性相對較差，其最小的抵抗的取值可適當比磁針結礫石層增大一個1.2系數。最小抵抗線應不小于10m。最小抵抗線厚度值可見表2。

表2 最小抵抗線厚度值



（2）巖性變化。若采空倉頂部覆蓋層是有兩種或幾種巖性組成，并且下部巖性比上部巖性堅硬，那么藥室的選擇應盡可能在兩種巖性接觸面上布置并以此計算出最小抵抗線值。藥室布置在上層巖石中，藥室利用炸藥的爆力和高溫、高壓爆生氣體直接作用到下部巖石上，使巖石的結構組織發生破壞并產生裂隙，最終使巖體沿強度較低的方向發生更為嚴重的破壞，從而導致采空倉下部自由面的完全的塌陷。

3爆破實例

根據采空區影響程度，鐵長溝露天煤礦的開采過程中，主要對三分場煤礦和柳子廟煤礦的采空區進行了塌陷爆破處理。設計采用人工垂直向下挖小井，分上、下兩層沿4個方向挖橫巷和布置藥室，并在下分層底部布置中心藥室。現列舉3個爆破實例進行說明，各種爆破參數見表3。

表3 采空倉塌陷爆破各種爆破參數表



4結語

在采空區塌陷爆破中，當采空倉平面尺寸和空倉高度已被掌握，空倉上部的巖性變化也已被探查清楚，留給工程技術人員最主要的問題就是如何進行安全性分析，如何確定覆蓋層厚高和最小抵抗線距離。解決問題的答案只有一個，就是通過理論分析和現場實際爆破中的反復結合，才能找出合理、有效的安全值來。