綜放工作面采前頂板弱化技術研究

崔樹江 張百勝

（1.中國礦業大學（北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083；2.潞安礦業集團生產處，山西省長治市，046102；3.太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024）

綜放工作面采前頂板弱化技術研究

崔樹江1，2張百勝3

（1.中國礦業大學（北京）資源與安全工程學院，北京市海淀區，100083；2.潞安礦業集團生產處，山西省長治市，046102；3.太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024）

常村礦3＃煤層基本頂致密堅硬，回采初期不易垮落，針對S6-2工作面采用開切眼深孔預裂爆破、預先破壞開切眼頂板的完整性、縮小頂板初次垮落步距的方法，對綜放工作面進行采前頂板弱化處理。實踐表明，該方法不但解決了大面積頂板來壓隱患，也可以提前回收頂煤，實現綜放工作面安全高效開采。

綜放工作面 堅硬頂板 頂板弱化

1 工作面基本概況

常村礦S6－2工作面開采3＃煤層，煤層賦存穩定，傾角0～8°，厚度平均為5.84 m。采用走向長壁式放頂煤開采、全部垮落法管理頂板。機采高度3.0 m，放頂煤高度2.84 m，采用一刀一放工藝。工作面走向長607 m，傾斜長209 m。直接頂為灰黑色泥巖，厚度為0.87～1.53 m，平均1.34 m，普氏硬度3～5；基本頂為灰白色、致密堅硬的中砂巖（局部相變為淺灰色細粒砂），厚度為5.80～10.80 m，平均7.02 m，普氏硬度8～11.5；直接底為泥巖，普氏硬度3～4；老頂為細粒砂巖，普氏硬度6～7。由于該工作面基本頂砂巖厚度大，致密堅硬，回采過程中不易垮落，易形成大面積懸頂。因此，為了實現工作面安全回采，有必要對基本頂進行弱化處理。

2 頂板弱化處理方案

S6－2工作面頂板弱化處理采用深孔預裂爆破方法，破壞開切眼上方基本頂的完整性。首先，在開切眼掘好后、支架安裝前，在開切眼內進行炮孔布置，然后，工作面設備安裝好并向前推進1～2刀后，進行炮孔裝藥和爆破。根據S6－2工作面頂板賦存情況，基本頂為頂板弱化的主要對象，故本次頂板炮孔的垂直高度確定為11 m。炮孔孔徑為75 mm，采用連續耦合方式裝藥，雙雷管，雙導爆索引爆。爆破所用炸藥為三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規格為?60 mm×500 mm，重1.5 kg/卷，徑向裝藥不耦合系數為1.25；所用雷管為煤礦許用8＃普通瞬發電雷管；導爆索采用煤礦許用導爆索，規格為?6.5 mm±0.3 mm。

2.1 炮孔布置

在開切眼內距開切眼外幫1.0 m處布置炮孔，炮孔軸線方向與開切眼軸線方向平行。209 m長的切眼共布置32個炮孔，分別用字母和數字進行編號，其中A孔8個（A1～A8），B、C孔各9個（B1～B9、C1～C9），D、E、F、G、I、H各1個。

切眼爆破炮孔總長617.2 m，裝藥總長356 m，裝藥總藥量1068 kg，封泥長度261.2 m。S6－2工作面開切眼炮眼布置如圖1所示，各炮孔參數與裝藥量見表1。

圖1 開切眼深孔預爆破炮眼布置圖（單位：m）

表1 開切眼各炮孔參數與裝藥量

2.2 炮孔爆破

放炮使用BF－200型起爆器，采用分組裝藥、分次爆破。一茬炮聯線采用“局部并聯，總體串聯”的方式進行，每次起爆1～3個炮孔。起爆順序從開切眼的軌道巷向運輸巷方向：G→F、E、D→A1、B1、C1→A2、B2、C2→A3、B3、C3→A4、B4、C4→A5、B5、C5→A6、B6、C6→A7、B7、C7→A8、B8、C8→B9、C9→H、I。

3 實施效果分析

3.1 礦壓顯現特征分析

S6－2工作面現場爆破于2011年12月29日－30日進行2 d。爆破后，現場觀測37＃架后方頂煤垮落情況，垮落高度約1.5 m，其余頂板沒有明顯變化。2012年1月2日4點班工作面開始回采，割煤時20＃～31＃、43＃～46＃、51＃～55＃、59＃～76＃架后方頂煤垮落；1月3日4點班工作時間，工作面機頭推進4 m，機尾推進6.4 m時，工作面12＃～98＃架后方頂煤垮落，采空區見灰黑色直接頂泥巖；1月4日4點班工作時間，工作面機頭推進8.4 m，機尾推進11.2 m時，工作面端頭、機尾頂煤全部垮落，采空區見灰白色老頂巖石，1月5日0點班工作時間，監測支架工作阻力達到最大值，5日8點班工作時間，工作阻力有所減小，判斷為5日0點班時間老頂已來壓。工作面機頭推進10 m，機尾推進12.8 m時，開始組織放煤。工作面支架工作阻力變化曲線見圖3。

圖2 12月29日－1月6日工作面支架工作阻力變化曲線

3.2 經濟效益

常村礦S0工作面未采用頂板深孔預裂爆破處理，當工作面機頭推進19.6 m，機尾推進23.3 m時，頂煤全部垮落；當工作面機頭推進26.3 m，機尾推進29.2 m時，開始回收頂煤。

S6－2工作面由于采用頂板預裂處理，工作面機頭推進10 m，機尾12.8 m時，就開始回收頂煤。與未采用頂板預裂處理的S0工作面相比，提前回收頂煤長度約15.0 m。S6－2工作面長度209 m，煤層厚度平均為5.84 m，采高3.0 m，頂煤厚度2.84 m，容重取1.4 t/m3，回采率取0.8，則多回收煤炭為9399 t。煤炭平均售價按430元/t計算，共收益404.2萬元，其中設備、材料、人員等花費約55.6萬元，則此次頂板深孔預裂爆破后凈收益約為348.6萬元。

3.3 安全效益

常村礦開采的3＃煤層，工作面直接頂薄，基本頂厚度大，為致密、堅硬的砂巖。以往的工作面均未進行頂板深孔預裂爆破，致使初采期間頂板不易垮落，特別是工作面兩端頭采空區更不易垮落，空頂距離長，一直是該礦初采時的管理難點。如S0工作面端、尾頂板垮落距離為23.3 m、N3－2工作面為22.4 m、N3－8工作面為26 m，而S6－2工作面進行頂板深孔預裂爆破后，頂板垮落距離機頭為8.4 m、機尾為11.2 m，垮落距離明顯縮短，減小了頂板初次來壓時的礦壓顯現，有效防止了來壓時推架等不安全因素的發生，同時杜絕了大面積頂板突然垮落造成的瓦斯超限，且對防治工作面上隅角瓦斯超限也有一定的現實意義。

［1］ 劉洪偉，李君利.堅硬頂板弱化技術綜述［J］.煤炭技術，2009（2）

［2］ 王開，康天合，李海濤等.堅硬頂板控制放頂方式及合理懸頂長度的研究［J］.巖石力學與工程學報，2009（11）

［3］ 張學亮，賈光勝，徐剛.深孔爆破弱化堅硬頂板參數優化分析［J］.煤礦開采，2010（1）

［4］ 秦廣鵬，蔣金泉，文志杰等.綜放工作面初采期頂煤深孔爆破弱化試驗研究［J］.煤炭科學技術，2011（10）

［5］ 高維智.大傾角巨厚含礫粗砂巖堅硬頂板弱化處理技術與應用［J］.中國煤炭，2012（3）

［6］ 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）

Research on weakening technology for pre－mining roof in fully－mechanized caving face

Cui Shujiang1，2，Zhang Baisheng3
（1.Faculty of Resources and Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.Production Department of Lu＇an Group，Changzhi，Shanxi 046102，China；3.College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

The basic roof of No.3 coal seam in Changcun Mine is dense and hard，and it is not easy to collapse in initial stage of mining.In order to solve this problem，the weakening technology for pre－mining roof is conducted in S6－2 working face by adopting the method of deep－hole presplit blasting with starting cut to break the integrity of the roof and to shorten the interval of initial collapse of the roof.The practice result shows that the hazard of large area roof pressure is prevented，and the top coal recovery can be done in advance，and the safe and efficient mining in the fully-mechanized caving face is realized.

fully-mechanized caving face，hard roof，roof weakening

TD327

A

崔樹江（1972－），男，內蒙古赤峰市人，博士研究生，高級工程師，主要從事采礦工程方面的管理與技術工作。

（責任編輯 張毅玲）