長治15號煤層堅硬頂板軟化處理技術(shù)

李志全

（長治市煤炭工業(yè)局，山西 長治 046000）

長治15號煤層堅硬頂板軟化處理技術(shù)

李志全

（長治市煤炭工業(yè)局，山西 長治 046000）

針對長治地區(qū)15號煤層K2石灰?guī)r頂板厚度大、致密堅硬、開采中不易垮落的特性,提出了對15號煤層堅硬頂板進行軟化處理的技術(shù)方案，有效解決了長壁回采工作面堅硬頂板的放頂問題。

堅硬頂板；爆破；軟化處理

1 長治15號煤層的堅硬難垮落頂板特征

長治15號煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤厚3.53 m～5.6 m、平均4.2 m，頂板淺部為一層厚0.2 m～0.9 m(平均0.5 m)的炭質(zhì)泥巖(局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖)，其上為厚6.2 m～8.8 m(平均8 m)的石灰?guī)r。回采過程中，15號煤層的堅硬難垮落頂板主要表現(xiàn)為一次垮落的面積大，高度大；有強烈的初次來壓和周期來壓，有明顯的動壓沖擊現(xiàn)象，容易造成設(shè)備的損壞甚至人員的傷亡。

統(tǒng)計顯示，堅硬難垮落頂板[1]初次來壓懸頂面積在600 m2以上，有的甚至達到2 000 m2～3 000 m2；走向長度在30 m以上，最大可達160 m；冒斷厚度可達10m～25m，甚至更大；垮落巖塊塊度可達十幾甚至幾十m3；周期來壓步距在20m～30m，最大可達55 m；同時由于堅硬難垮落頂板巖石斷裂角較小，直接頂垮落后形成的矸石墊層很薄甚至沒有，致使其與垮落的矸石堆沒有任何力學聯(lián)系，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，達到極限時發(fā)生突然斷裂和垮落，動載系數(shù)大，極易危及人員及設(shè)備安全。

2 堅硬難垮落頂板的處理方法[2-4]

2.1 注水弱化堅硬頂板

注水弱化分為頂板高壓注水和頂板靜壓注水。采用此方法的前提是：頂板巖石須有較強的吸水性，且吸水后的強度明顯降低。

2.2 爆破弱化堅硬頂板

爆破弱化是用爆破方法人為將頂板切斷，使一定厚度的頂板冒落，形成矸石墊層。

3 長治15號煤層堅硬難垮落頂板的弱化

長治15號煤層石灰?guī)r頂板吸水率較低，且高壓注水壓裂和注水軟化周期長；同時由于循環(huán)淺孔爆破、步距深孔爆破對工作面安全生產(chǎn)相互影響，兩者不能平行作業(yè)；地面深孔爆破工程量大，孔易變形，容易出現(xiàn)不連續(xù)裝藥，存在一定的隱患；因此選擇超前深孔預(yù)裂爆破對15號煤層頂板進行弱化處理。

3.1 弱化處理高度的確定[5]

為使頂板垮落矸石充分充填采空區(qū)，放頂最小高度H計算式為：

式中：H為煤層采高，取設(shè)計采高4.2 m；Kp為頂板矸石初始碎脹系數(shù)，取1.3。

頂板從下至上依次為炭質(zhì)泥巖（0.2 m～0.9 m）、石炭巖（8m）、炭質(zhì)泥巖。石灰?guī)r為主要弱化對象，其上炭質(zhì)泥巖可隨石灰?guī)r一同垮落，確定放頂孔垂深不小于10m。

3.2 爆破炮孔的確定[6]

（1）切眼爆破炮孔布置：切眼長度120 m，共布置六組炮孔，其中 A、B、、a、b 每組為 3 個炮孔，C、c組為4個炮孔，共布置20個炮孔。A組與a組、B組與b組、C組與c組分別對稱布置。布置示意圖，見圖1，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 切眼炮孔參數(shù)表

（2）超前預(yù)爆破炮孔布置：皮帶及軌道順槽每隔18m布置一組炮孔，每組包括A、B、C、D、E五個炮孔，呈扇形布置，示意圖見圖2，圖3，圖4，爆破參數(shù)如表2所示。

圖1 切眼炮孔布置圖

圖2 順槽炮眼布置平面圖

圖3 順槽炮眼布置立面圖

3.3 爆破時間及放炮順序

圖4 順槽炮眼布置側(cè)面圖

表2 順槽超前預(yù)爆破炮孔參數(shù)表

（1）切眼爆破：切眼掘好后，在支架安裝前進行打眼，工作面推進2刀或3刀后，（1.6 m～2.4 m后）進行裝藥和爆破。起爆順序從切眼中部向兩端進行，每次起爆一組孔，分段進行。（2）順槽超前預(yù)爆破：順槽爆破采用分組起爆方式，先起爆E，再起爆C、D，最后起爆B、A，聯(lián)線方式采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”方式；下層采用8號普通瞬發(fā)電雷管，上層采用秒延期電雷管。（3）爆孔直徑65mm，藥卷規(guī)格Φ55mm×500 mm，1.2kg/卷。為保證完全引爆，采用雙雷管、雙導(dǎo)爆索引爆，2個雷管在孔外采用并聯(lián)連接，并在炮眼口用刻有淺槽的木塞固定，中間充填以炮泥。

4 15號煤爆破弱化處理效果

通過對15號煤層進行現(xiàn)場實測、實驗室試驗、理論分析及數(shù)值模擬，并在三元晉永泰煤業(yè)有限公司進行現(xiàn)場試驗，利用鉆孔爆破對頂板進行弱化預(yù)處理等方法，成功地將原來的房柱式炮采工作面改造成了綜放回采工藝。目前工作面已順利回采完畢，而且工作面來壓基本穩(wěn)定，步距基本均勻（14 m～23 m）。這項技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了長治15號煤層堅硬頂板長壁式機械化開采的放頂難題。

[1] 白蘭米，陳忠輝，郭海書，等.綜放俯采支架選型及堅硬頂板垮落規(guī)律研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2011，7(1):14-18.

[2] 劉洪偉，李君利.堅硬頂板弱化技術(shù)綜述[J].煤炭技術(shù)，2009，28(2):50-51.

[3] 索永錄.綜采工作面處理堅硬煤體研究試驗[J].西安科技學院學報，2000，20(1):17-24.

[4] 康天合，張建平，白世偉.綜放開采預(yù)注弱化頂煤的理論研究及其工程應(yīng)用[J].巖石力學與工程學報，2004，23(15):2615-2621.

[5] 張學亮，賈光勝，徐剛.深孔爆破弱化堅硬頂板參數(shù)優(yōu)化分析[J].煤礦開采，2010，15(1):26-34.

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Abstract:In No.15 coal seam,K2limestone roofs are thick,hard,and not easy to fall down.On the features,the paper proposes the softening process technical scheme which has effectively solved the roof falling problem in the long-wall mining face.

Key words:hard roofs;blasting;softening process

編輯：徐樹文

Softening Process Technology for Hard Roofs of No.15 Coal Seam in Changzhi

LI Zhi-quan
(Changzhi Coal Industry Bureau,Changzhi Shanxi 046000)

TD823.49

A

1672-5050（2012）05-0071-03

2012-02-15

李志全（1973—），男，山西長治人，本科，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。