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采空区塌陷爆破安全性分析

1概述

米泉三分场煤矿采用斜井提升，年产原煤15万t，采用仓储式开采。井口位于首采区中部，以井筒为中心，东翼45#煤层9个采仓，西翼5个。

1.1 铁长沟露天煤矿自上而下地表部分为第四系黄土层覆盖。其下为松散、钙质半胶结和胶结的砾石层。磁结砾石层自西向东、自南向北胶结程度之间，且胶结性强，相当于一层保护层位于煤层露头的顶部。在首采区北部磁结砾石层平均6～10m；而首采区南部的采空仓其上部覆盖层则多为半胶结砾石层，胶结砾石层厚度其他地区焦炭价格暂稳很薄一般不超过4m。含煤地层为灰色、深灰色泥岩、粉砂岩和细砂岩。

1.2 采空仓塌陷情况

在位于胶结砾石层厚度比较薄的首采区西分辨率1秒部的采空仓，采空仓冒落度高，其中45#煤层西1#、西2#采空仓长期受爆破振动影响，自下而上完全冒落，形成上大下小的喇叭形状辩论的塌陷坑，空仓顶部距离地表的覆盖层度约25m左右，整个采空仓除局部有空间未被充满外，基本上全部被塌落物所充填。从塌陷的断面中测量可以得出，胶结砾石层厚度约4m，半胶结砾石层和松散砾石厚度18m，黄土厚度3m。首采区南部的柳子庙煤矿采空区，在施工过程中造成地表塌陷，塌陷位置#煤层顶部，塌落的覆盖层厚度为8.5m，空仓塌陷深度4.5m，塌陷坑形状辩论上小下大，开口直径3m，下部5m，形成倒喇叭形。

1.3 采空仓探查情况

根据存在的采空仓分布的塌陷情况，本着探查先行、生产随后、有疑必探、边探边生产的原则。根据采空仓变化规律和特点，采空区探查采取有重点的抽样探查方式，通过探查到的采空仓资料，推断、分析和判明其它采空仓的范围，顶厚和分布规律。探查成果见表1。

表 1 采空区探查成果表

从采空区勘探所获得资料表明，三分场煤矿采空区45#煤层采空仓在+750m水平以上空仓平均高度12~18m，43#煤层5.切削工具5~10m品牌灯具;首采区南部的柳子庙煤矿采空仓平均高度3.5~4.5m。对于煤层相对较厚、煤层赋存条件相对较好的45#煤层，由于煤层开采量大，最大相差5~6m。而对于煤层厚度相对较薄的43#煤层，由于煤层不稳定、夹层比较多，空顶冒落高度不如45#煤层，空仓顶部形状多呈尖角形，整个空仓顶部覆盖层厚度相差较大，最小4~5m。并根据45#煤层西1#、西2#采空仓的自然塌陷情况和对西6#采空仓的探查结果，推断出45#煤层西3#、4#采空仓高度在12~1永兴特钢表示5m，覆盖层厚度在29~32m之间。

2安全性分析

从45#煤层西1#、2#采空仓地表自然塌陷所暴露的岩性及跨落的漏斗形状和深度分析认为：井筒以西胶结砾石厚度相对较薄，空仓顶部岩石比较松软，在长期开挖和爆破振动的影响下，胶结砾石层很容易被振松或振落，突然自然冒落的可能性很大；从采空区探查的资料分析，结合胶结砾石层、增胶结砾石层的赋存特点和对砾石层厚度的推断得出：当胶结砾石层厚度大通用涂料于6m时，采空仓自然冒落的可能性大大减小。并结合多年对采空区的管理经验，作出如下安全分析。

2.1 覆盖层厚度

（1）当胶结砾石层厚度小于6m，采空仓平面尺寸大于或等于25m时，45#、43#煤层采空仓上部覆盖厚度以30m作为最小安全距离计算，在此厚度范围内所有的机械设备应停止作业；

（2）当胶结砾石层厚度大于6m，采空仓平面尺寸在20~25m时，45#、43#煤层采空仓上部覆盖层厚度以25m作为最小安全距离计算；

（3）当采空仓平面尺寸不超过5m、但又#、28#煤层采空仓上部覆盖层厚高以15m作为最小安全距离计算；

(5) 巷道空巷道断面积小，其上部安全厚高定为10m。

2.2 最小抵抗线

在采空区塌陷爆破中，把采空区顶部到药室之间的距离称为最小抵抗线。在确定最小抵抗线时，应注意考虑以下几方面的因素。

（1）采空仓的大小。当采空冒落范围比较大且空顶比较高，如45#、43#煤层采空仓，根据其采空仓高度，最小抵抗线应选择的大一些，根据现场实际经验，为了确保人身安全，在胶结砾石层中最小抵抗线应不于小一个台阶高度8~10m。在半胶结砾石层中，由于岩体胶结程度不如胶结砾石层，安全稳定性相对较差，其最小的抵抗的取值可适当比磁针结砾石层增大一个1.2系数。最小抵抗线应不小于10m。最小抵抗线厚度值可见表2。

表2 最小抵抗线厚度值

（2）岩性变化。若采空仓顶部覆盖层是有两种或几种岩性组成，并且下部岩性比上部岩性坚硬，那么药室的选择应尽可能在两种岩性接触面上布置并以此计算出最小抵抗线值。药室布置在上层岩石中，药室利用炸药的爆力和高温、高压爆生气体直接作用到下部岩石上，使岩石的结构组织发生破坏并产生裂隙，最终使岩体沿强度较低的方向发生更为严重的破坏，从而导致采空仓下部自由面的完全的塌陷。

3爆破实例

根据采空区影响程度，铁长沟露天煤矿的开采过程中，主要对三分场煤矿和柳子庙煤矿的采空区进行了塌陷爆破处理。设计采用人工垂直向下挖小井，分上、下两层沿4个方向挖横巷和布置药室，并在下分层底部布置中心药室。现列举3个爆破实例进行说明，各种爆破参数见表3。

表3 采空仓塌陷爆破各种爆破参数表

4结语

在采空区塌陷爆破中，当采空仓平面尺寸和空仓高度已被掌握，空仓上部的岩性变化也已被探查清楚，留给工程技术人员最主要的问题就是如何进行安全性分析，如何确定覆盖层厚高和最小抵抗线距离。解决问题的答案只有一个，就是通过理论分析和线绕滤芯现场实际爆破中的反复结合，才能找出合理、有效的安全值来。