大傾角巨厚含礫粗砂巖堅硬頂板弱化處理技術與應用＊

高維智

（天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京市朝陽區，100013）

大傾角巨厚含礫粗砂巖堅硬頂板弱化處理技術與應用＊

高維智

（天地科技股份有限公司開采設計事業部，北京市朝陽區，100013）

介紹了攀枝花花山煤礦綜采工作面大傾角、巨厚含礫粗砂巖堅硬頂板條件下采用的深孔爆破弱化處理技術，包括爆破的各項參數及設備，并在實踐中進一步采取補充優化技術措施，解決了該礦堅硬頂板下實現綜采的難題，取得了理想的經濟與社會效益。

大傾角煤層 巨厚砂礫巖 堅硬頂板 爆破弱化

1 工作面概況

6011采面是攀煤公司花山煤礦六采區第一區段（＋1250～＋1160m）北面的第一個回采工作面。該工作面內由3層煤、2層夾矸組成。走向長度平均為562m，傾向長度平均為93m，工作面傾角35～41°，平均為38°；采高平均為2.61m；該工作面煤層相對瓦斯含量為3m3/t，絕對瓦斯涌出量0.5m3/min。煤塵具有爆炸危險，煤的自然發火期大于12個月。

6011工作面無偽頂與直接頂，基本頂為灰色巨厚層狀粗砂巖～含礫粗砂巖，厚度為13.7m；直接底為灰色中厚層狀粉砂巖，局部含細粒砂巖，厚5.0m。工作面煤巖層綜合柱狀圖如圖1所示。

該工作面為典型的大傾角堅硬頂板工作面，在以前的回采中，由于頂板堅硬很難冒落，為安全考慮，一般均采用短壁留大煤柱開采，回采率不足40%。為了提高回采率及開采效率，經研究對頂板進行弱化處理并進行長壁工作面綜采。

2 大傾角堅硬頂板弱化方案

6011工作面采用巷道超前深孔預爆破方式弱化頂板。爆破頂板弱化有兩個作用，一是減少初次來壓步距；二是減少周期來壓步距。相應的弱化方案分為兩部分，即切眼頂板拉槽爆破弱化處理和兩巷頂板超前弱化處理。

2.1 切眼拉槽爆破方案

在切眼內共布置24個炮孔，編號分別為A1～A22、B、C，呈“一”字形布置。其中A1～A22孔口間距為4m，A22、B孔孔口間距1.5m，B、C孔孔口間距為2.5m。每個孔與切眼后幫煤壁和支架尾梁間距為1.5m。炮孔布置如圖2所示。切眼拉槽處的炮孔參數如表1所示。

圖1 工作面煤層綜合柱狀圖

圖2 切眼炮孔布置情況

2.2 兩巷深孔爆破方案

考慮到1＃煤層傾角達到39°，回風巷炮孔存在俯角，在打孔和裝藥時存在一定困難。因此，回風巷炮孔相對較短，兩巷深孔爆破炮孔深度布置為：運輸巷炮孔深度39.5m，回風巷炮孔深度19m，中間34.5m不進行處理。

兩巷炮孔組間距為20m，第一組炮孔與工作切眼煤壁距離為10m。各組炮孔都為扇形布置，回風巷每組炮孔為3個炮孔，炮孔編號分別為A、B、C孔，運輸巷每組炮孔為4個炮孔，炮孔編號分別為A、B、C、D孔。炮孔布置如圖3所示，炮孔參數如表2所示，從表2中可知，工作面每推進20m，需打孔173m，裝藥307.2kg。

圖3 兩巷炮孔布置圖

表1 切眼拉槽爆破炮孔參數表

表2 兩巷爆破炮孔參數表

3 實施過程中存在問題及解決措施

3.1 存在問題及原因

該項目于2009年5月開始實施。在實施初期遇到不少新問題，例如切眼拉槽炮孔爆破后，將頂板崩落300～500mm，由于切眼有錨桿及錨索等支護，對巖體起懸吊作用，頂板垮落部分并不多，未崩落的頂板也產生了明顯的裂隙；又由于開采初期工作面向前推進較快，兩巷第一組炮孔在切眼前方28m左右才施工，且起爆時在運輸巷造成了1個炮孔拒爆現象，因此運輸巷爆破效果不好，工作面頂板沒有垮落跡象，頂板垮落效果不明顯。

3.2 對策措施

（1）在上隅角向采空區后方補充炮孔。炮孔的補孔空間位置如圖4所示，圖中A、B、C為原方案中設計的第一組炮孔，D、E為補充增加炮孔，補孔位置與原設計第一組炮孔距離10m。以后每隔40m再補孔一組。

圖4 上隅角補孔空間位置圖

（2）兩巷實施補孔爆破方法。將原初步方案中超前預裂炮孔間距由20m一組，修改為10m一組。鉆孔位置見圖5中回風巷上的A1、A2、A3、A4……和運輸巷的B1、B2、B3、B4……所示。其中B組炮孔每組含2個孔（b1、b2），A組炮孔每組含4個孔（a1、a2、a3、a4）。

由于工作面前方已有四組炮孔（圖中第一組、第二組、第三組、第四組位置）裝藥并爆破，為了避免將新鉆孔打到爆破裂隙區里，A1、A2、A3和B1、B2、B3分別布置在已爆破炮孔中間處，即距離已爆破炮孔10m遠。

圖5 兩巷增加炮孔與前期已施工炮孔之間的關系

3.3 采取措施后頂板處理效果

在經過兩次方案調整并實施后，頂板的爆破效果較好，上隅角后方經過補孔起爆后，崩落了大量的巖塊。根據現場爆破的效果觀看，此次崩落的巖石多數堆積在支架后方，并有少許大塊下滑至采空區中下部，爆破效果比較明顯。采空區后方的頂板基本上沿整個工作面均垮落下來，對采空區的充填效果較好，如圖6所示，支架后方的巖塊也充填到了支架尾梁附近，頂板治理取得了較好的成效。

此后工作面在推進過程中，直至工作面結束，從頂板垮落現象來看，未發生過大面積的整體垮落現象，也沒有發生過暴風等災害事故。

圖6 補充方案后采空區充填效果圖

4 礦壓顯現

為了監測爆破治理后頂板的來壓情況，花山煤礦6011工作面安裝了9臺CDW－60支架壓力記錄儀，綜上分析發現，頂板冒落前后支架沒有明顯的壓力陡增現象，支架壓力值（28～29MPa）與額定阻力值（40.79MPa）仍有較大的差距，安全閥從未開啟過。可見，6011工作面在經過堅硬頂板的爆破處理后，其礦壓顯現現象和傳統的初次來壓、周期來壓有所不同，回采過程中礦山壓力沒有特別明顯的增大現象。其主要原因是由于人工爆破改變了頂板結構，將直接頂及部分基本頂崩碎，使得頂板垮落步距長短不一，沒有明顯的規律性。

5 結論

花山礦1＃煤層綜采工作面堅硬頂板弱化為攀煤集團首例，該項目的成功實施對當地其它堅硬頂板采面及其它礦井類似條件下堅硬頂板的治理提供了借鑒作用，使人們對堅硬頂板的治理有了新的認識，該項技術保障了該地區傾斜及大傾角煤層堅硬頂板條件下綜合機械化開采的安全，相對傳統的刀柱炮采而言提高了煤炭資源回收率，具有明顯的技術優勢及顯著的經濟與社會效益。

［1］ 劉文.大同“兩硬”綜放工作面頂煤注水－爆破聯合弱化技術［J］.中國煤炭，2011（6）

［2］ 邢書仁，肖力，張錦鵬.煤層預裂爆破復合型宏觀裂紋擴展的斷裂理論分析［J］.中國煤炭，2010（10）

［3］ 孫建軍，徐剛.深孔爆破弱化堅硬頂板技術的應用［J］.煤礦開采，2008（3）

［4］ 張祝濤，張龍江.堅硬頂板深孔爆破強制放頂的實踐［J］.現代礦業，2009（5）

［5］ 宮世文，張蓀茗，孫震等.深孔預裂爆破強制放頂技術的應用［J］.煤礦安全，2007（1）

［6］ 陳萬平.綜采工作面堅硬頂板深孔強制爆破放頂的應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2008（4）

Application of weakening technology on steeply inclined hard roof of thick gravel grit

Gao Weizhi
（Coal Ming and Designing Department，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd，Chaoyang，Beijing 100013，China）

The paper introduces that in Huashan Coal Mine in Panzhihua，deep－hole blasting weakening technology is adopted in fully mechanized working face with large inclination and hard roof of thick gravel grit.The blast parameters and equipments are mentioned.And in practice further make－up optimizing measures are taken.It has solved the difficulty of conducting fullymechanized mining work under the hard roof，and achieved good economic and social benefits.

steeply inclined coal seam，thick gravel rag，hard roof，weakening blast

TD353.6

B

“十二五”國家科技支撐計劃資助項目（2012BAK04B08）

高維智（1970－），男，山西平遙人，高級工程師，主要從事煤礦開采技術研究工作。

（責任編輯 張毅玲）