爆破弱化綜采工作面堅硬頂板技術實踐研究

劉洪太

（晉煤集團澤州天安圣華煤業有限公司，山西 晉城04800）

我國煤層賦存條件相對復雜，其中堅硬頂板煤層約占總儲量的1／3，且有一半的礦區均存在堅硬頂板煤層〔1〕。堅硬頂板采場與普通采場相比礦壓顯現的特點是周期性來壓更加強烈，在堅硬頂板煤層開采過程中在液壓支架后方容易形成大面積懸頂，若不采取有效措施在垮落時會形成沖擊波和風暴，給工作面的安全回采帶來極大的隱患〔2－5〕。因此，采用合理的方法對堅硬頂板進行處理是保障工作面回采的基礎。目前，國內外綜采工作面處理堅硬頂板的方法主要有注水弱化法和爆破弱化法兩種方式〔6〕，但這兩種方法有其特定的適應性，現以某礦1301堅硬頂板工作面為例，研究爆破弱化堅硬頂板技術。

1 工作面概況

1301 工作面煤層傾角為1°～7°，平均為3.5°，煤層厚度為1.6～3.7m，平均為2.45m，煤層中部含有一層泥巖夾矸，整體屬穩定中厚煤層；工作面偽頂為均厚0.45m的破碎泥巖和炭質泥巖，直接頂為巖性變化較大均厚為4.1 m的致密性較高砂質泥巖和砂巖，老頂為均厚為6.5m厚質地堅硬的K1石灰巖，煤層頂板整體表現為堅硬致密；工作面直接底為均厚1.62m的泥巖，老底為均厚3.2m的砂質泥巖，底板平均比壓為40.8MPa。工作面水文地質條件較簡單，煤層頂板整體性較好，掘進過程中共揭露斷層2條，但均不影響工作面正常回采。工作面布置可采傾斜長度和走向長度分別為180m和1650m，采用“兩進一回”通風方式，巷道采用“錨桿—金屬網—錨索—鋼帶”聯合支護，在回采過程中頂板存在大面積來壓現象，具體表現為初次來壓和周期來壓步距較大，礦壓顯現劇烈。

2 頂板弱化方式選擇

目前，國內外處理堅硬頂板的方法最常用的有注水弱化和爆破弱化兩種方式。注水弱化又可分為高壓注水弱化和靜壓注水弱化兩種，爆破弱化法又可分為淺孔放頂、步距深孔爆破和超前深孔預裂爆破等。高壓注水弱化是指用高壓水對頂板進行預裂，增加頂板的裂隙；靜壓注水弱化是利用靜壓注水通過提高頂板的含水率來降低頂板強度；爆破弱化法是指采用人工爆破的方法將頂板切斷。考慮到1301工作面頂板吸水性較差，需要的注水時間較長，且注水后頂板強度降低較少，故決定采用人工爆破進行頂板弱化處理。結合1301工作面生產情況，為盡量減少頂板處理作業對生產的影響，決定采用超前深孔預裂爆破對頂板進行處理。超前深孔預裂爆破的施工方法具體為在工作面回采順槽向著頂板用鉆機打深孔，在工作面前方一定距離進行人工爆破破壞頂板，這樣可以人為地控制工作面頂板冒落的高度和頂板跨落步距。

3 爆破弱化頂板施工方案

3.1 爆破高度確定

為確保冒落的工作面頂板能夠較好地充填工作面老塘，爆破有效放頂深度應滿足一定要求，理論上認為有效放頂深度H＝M／（Kp－1）（Kp為巖石碎脹系數；M為工作面開采高度），1301工作面的設計開采高度 M為2.45m，實驗室測定的巖石碎脹系數Kp平均為1.3，代入H＝M／（Kp－1），可得H＝8.17m。考慮到地質條件各類因素的影響，進一步保障冒落頂板對老塘的填充效果，決定處理工作面頂板上方8.5m范圍內的巖層。

3.2 炮眼布置與爆破

1301 工作面運輸順槽和回風順槽每隔20m布置一組炮眼，每組炮眼布置8個炮眼，分別為 A、B、C、D、E、F、G、H，其中前5個炮眼與工作面煤壁平行布置，后3個與工作面順槽中心線呈16°夾角布置，炮眼布置參數具體見表1。

表1 1301工作面回采順槽內炮眼參數及裝藥參數

前兩組炮眼起爆時炮眼底距離工作面煤壁應保持在6 m左右距離，其余炮眼起爆時炮眼底距離工作面煤壁應在5～24m范圍內。爆破采用的起爆器型號應統一，起爆順序是從內到外依次起爆，每次起爆2個炮眼，采用“分組裝藥、分次爆破”方式爆破，放炮采取分組起爆，即分為E和F、G和H、A和B、C和D，即按此4組先后起爆。為保障工作面順槽的正常運輸作業，可在工作面運輸和回風順槽內施工鉆場硐室，以減少打眼與運輸的影響，提高打眼與回采效率。

炮眼打好后，依次將藥卷導入炮眼內，然后用炮棍將泡泥裝入炮眼，炮眼內泡泥應裝滿、裝實，裝泡泥時應盡量一次不超過4節，最后用黃泥將炮眼封實，同時要保證導爆索不發生損壞，第一次封孔應先封至600mm左右處，第二次封孔將導爆索、雷管等完全導入炮眼內空段再進行封泥，同時將外露的雷管腳線連成短路狀態。為了保障起爆效果，可用2根導爆索進行聯合起爆，即將2根導爆索插入到一根藥卷內，用膠帶纏好導入到跑眼里制成起爆藥卷，根據炮眼參數確定導爆索長度。

4 爆破弱化效果分析

通過人工爆破弱化頂板的方式來控制1301工作面堅硬頂板，工作面頂板強度顯著降低。

（1）工作面周期來壓現象明顯，呈現出局部分段來壓現象，步距一般在12～18m范圍內，周期來壓步距同時表現為工作面兩端步距較中間步距較大，兩端和中間平均步距分別為16.7m和13.2m。

（2）周期來壓期間，液壓支架工始終保持在額定工作阻力范圍內，安全閥開啟較頻繁。

（3）來壓期間工作面煤壁片幫現象較爆破預裂頂板前明顯減弱，大面積的片幫現象基本消失。

（4）回采期間，工作面上下兩順槽變形較緩，其中頂板下沉速度和下沉量明顯減小。由此可知，工作面超前深孔預裂爆破在處理1301堅硬頂板工作面時效果較好，能夠改善工作面的開采條件，保障了工作面的安全、高效回采。

〔1〕王 開.普采工作面堅硬頂板控制及其研究〔D〕.太原：太原理工大學，2006.

〔2〕王 毅，丁可可，孫增飛，等.堅硬頂板條件下老頂初次來壓規律研究〔J〕.能源技術與管理，2010，（3）：67－69.

〔3〕秦海清.堅硬頂板礦壓顯現規律及頂板控制方法〔J〕.中州煤炭，2010，（12）：8－9.

〔4〕黃晉兵.王臺礦井綜采工作面處理堅硬頂班技術〔J〕.煤炭科學技術，2008，36（9）：4－7.

〔5〕任 寶.堅硬頂板工作面礦山壓力顯現特征〔J〕.礦山壓力與頂板管理，2004，（3）：79－81.

〔6〕王韶輝.俄霍布拉克煤礦1煤工作面堅硬頂板處理方法〔J〕.能源技術與管理，2010，（6）：22－23.