對堅硬頂板弱化處理防止瓦斯驟然涌出的探討

【摘 要】本文以某煤礦綜采工作面中的堅硬頂板為研究對象，著重從堅硬頂板垮落下采空區瓦斯涌出現象分析、綜采工作面堅硬頂板弱化處理措施分析以及堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的意義分析這三個方面入手，圍繞堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的應用問題進行了較為詳細的分析與闡述，并據此論證了針對綜采工作面中的堅硬頂板進行弱化處理在防止采空區瓦斯驟然涌出，確保整個煤礦礦井綜采工作面安全且高效運行的過程中所起到的至關重要的作用與意義。

【關鍵詞】綜采工作面；弱化處理；瓦斯

從理論上來說，堅硬頂板是指附著于煤層上方或是存在于厚度較小直接頂上方位置的高強度頂板。這種頂板之所以被研究人員定性為“堅硬”頂板，其關鍵在于此類頂板具有包括厚度大、強度高、節理裂隙發育低一級整體性強在內的多方面特性。更為關鍵的在于：此類頂板在煤層開采作業之下仍然能夠以大面積懸露狀態存在于綜采工作面采空區當中，且在相當長的一段時間內出現自然垮落的可能性極小。當壓力值超過頂板巖層極限強度時，頂板會開始呈現垮落，進而導致采空區瓦斯流場受到一定的影響與干擾。此種干擾突出表現在沖擊氣流之上，并最終導致整個煤礦礦井井下綜采工作面瓦斯驟然涌出問題嚴重，作業安全性無法得到可靠保障。基于此，出于綜采工作面安全且高效運行因素的考慮，相關工作人員必須針對堅硬頂板在工作面退井下的垮落問題進行有效整改與優化。本文對此作出詳細分析與說明。

一、堅硬頂板垮落下采空區瓦斯涌出現象分析

對于綜采工作面而言，堅硬頂板在初次垮落的過程當中會以整體形勢進行運動，這種運動著重表現在：堅硬頂板首先是在鄰近上位巖層離層邊界位置中出現拉裂細紋，其端部所售彎矩作用力在此種狀態作用之下呈現出一定的降低趨勢，這部分降低的彎矩作用力會直接轉移至巖層中部位置。而大量的實踐研究結果向我們證實了一個方面的問題：在端部裂紋擴展趨勢不斷加劇的作用之下，端部彎矩作用力同中部彎矩作用力會保持一定的可轉化關系。與此同時，當端部裂紋拓展深度超過一定限制之后，中部拉應力會達到極限承受狀態并形成相應的拉裂斷縫。此種裂縫勢必會直接導致采空區瓦斯的驟然涌出。特別值得注意的一點在于：受到綜采工作面在推進過程當中并未針對堅硬頂板采取弱化措施的因素影響，堅硬頂板所發生的瞬時性垮落勢必會導致中部支架瞬時承受壓力過限，進而發生損害。與此同時，強烈風暴的形成加重采空區解析瓦斯出現驟然涌出，進而為整個綜采工作面的安全運行埋下嚴重隱患。

二、綜采工作面堅硬頂板弱化處理措施分析

圖1 綜采工作面巷道超前鉆孔平面布置示意圖

（1）綜采工作面堅硬頂板弱化處理高度的確定分析。考慮到整個綜采工作面的設計采高參數為1.98m，為確保冒落頂板恰好能夠充分填充整個采空區作業區域，爆破狀態下的放頂高度則應當依照如下方式進行計算：工作面設計采高參數/（工作面巖石破碎狀態下的體積膨脹系數-1）。由于工作面巖石破碎狀態下的體積膨脹系數為恒定值1.3，可確定爆破狀態下的放頂高度應當確定為6.6m。處于采空區對冒落頂板填充充分因素的影響，可考慮將垂直高度確定為7.5m。（2）綜采工作面切眼頂板弱化處理分析。首先，從切眼爆破炮眼布置的角度上來會說，綜采工作面相關裝置設備在布置之前需要在切眼位置做打眼處理。炮組與炮眼需要保持一定的對應關系；其次，從切眼爆破時間布置的角度上來會說，在確保切眼掘進環節順利完成且支架未進行安裝的間隔時間當中進行打眼作業。與此同時，在綜采工作面推進3～4刀（工作面推進距離在1.8～2.4m范圍之內）的狀態下對打眼進行裝藥與爆破處理；最后，從切眼炮眼爆破布置的角度上來說，涉及到切眼炮眼爆破的聯線應當遵循并聯局部、串聯總體的布置方式。推薦選用FD-200D/A型多功能起爆裝置。特別值得注意的一點在于：切眼炮眼在爆破過程當中應當按照由中部至兩端的順序進行作業，每次起爆炮眼在3～4個。（3）綜采工作面超前爆破處理分析。下圖（見圖1）為綜采工作面巷道超前鉆孔平面布置示意圖。由圖對炮眼布置進行分析：對于皮帶巷以及軌道巷而言，現場施工作業人員應當操作步距放頂30m間隔標準對各組炮眼進行布置。對于以上炮眼的爆破處理而言，其聯線方式同樣應當遵循并聯局部、串聯總體的布置方式。炮孔內部做并聯處理，各炮孔之間做串聯處理。在多功能起爆裝置作用之下由中部位置至兩端位置，參照1～3個炮眼/單次起爆頻率進行分組爆破。

三、堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的意義分析

（1）針對綜采工作面進行的堅硬頂板弱化處理最大限度的控制了頂板在工作面持續推進狀態下的大面積懸頂問題，從而也就避免了受到堅硬頂板瞬時垮落影響而產生颶風對采空區區內聚集瓦斯帶出的可能性。（2）在綜采工作面堅硬頂板弱化處理的一系列措施作用之下，整個工作面初次來壓及周期來壓的步距指標參數得到了有效控制。而這對于整個礦井井下綜采工作面工作質量與工作效率的提升而言是極為關鍵的。（3）將本文所闡述有關堅硬頂板的弱化處理措施應用至綜采工作面實際做當中能夠使得堅硬頂板產生裂隙的時間得到了現出提前。在此基礎之上，弱化處理作用下的堅硬頂板能夠在工作面推進狀態下得到及時且緩慢的垮落，從而盡可能的控制了工作面回采作業過程當中瓦斯驟然涌出可能性，改善效果顯著。

總而言之，為確保堅硬頂板在工作面實時推進過程當中能夠及時且精確的垮落，在此基礎之上合理控制堅硬頂板在滑落過程當中對綜采工作面的礦壓顯現及沖擊作用影響，進而最大限度的避免堅硬頂板在垮落狀態下所導致的瓦斯驟然涌出可能性，本文建議相關工作人員在超前深孔欲裂爆破方式支持下針對該礦井綜采工作面中的堅硬頂板做弱化處理。實踐研究結果表明：對堅硬頂板進行弱化處理能夠有效縮短初次及周期來壓的步距參數，進而確保綜采工作面采空區中所聚集的瓦斯能夠均勻用處，從而盡可能的杜絕工作面推進，堅硬頂板垮落狀態下瓦斯的驟然涌出可能性，進而也就確保了整個煤礦礦井綜采工作面運行的高效性與安全性。本文針對堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的應用這一中心問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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