淺談大斜長綜采工作面堅硬頂板控制技術

李勝

摘 要：堅硬頂板條件下長壁綜采工作面進行開采時，如果頂板控制不好，采空區大面積懸頂突然跨落時，會造成頂板事故，而且容易使采空區內積聚的瓦斯瞬間涌出，引發瓦斯重大事故。所以只有采取行之有效的控制技術對頂板進行有效控制和管理，才能保證礦井的安全生產。本文就1890煤礦15112大斜長高產高效綜采工作面的開采實踐為依據，將工作面設計為“一面三巷”布置方式，利用超前深孔預裂爆破的方法，對工作面斜長260m的堅硬頂板進行有效控制，從而實現了工作面的高產高效和安全生產。

關鍵詞：綜采；頂板；技術

1 開采條件

15112工作面位于1890煤礦一采區南翼5#煤層，工作面上部為15111m空區，北至礦井工業廣場井筒保護煤柱線，南至加3勘探線為界。工作面走向長度1170m，傾斜長度260m。煤層平均厚度3.85m，煤層傾角為10°～16°。煤層頂板巖性：老頂粗砂巖淺褐色、含礫砂巖，厚度8.08m；直接頂含礫粗砂巖淺褐色，厚度6.68m，巖石普氏系數f=6～8，單向抗壓強度7.9Mpa。煤層頂板巖性以粗砂巖為主，局部為含礫粗砂巖，底板為黑灰色粉砂巖、炭質泥巖。

2 巷道設計

為解決大斜長綜采工作面頂板處理的難題，設計布置3條順槽巷道，具體布置如下：

（1）運輸巷：15112運輸巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網支護，走向長度為1180m，下幫凈高2.6m，凈寬4.9m，凈斷面S=16.41m2。

（2）回風巷：15112回風巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網支護，走向長度為1164m，下幫凈高2.8m，凈寬4.4m，凈斷面S=14.08m2。

（3）中間巷：15112深孔巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網支護，走向長度為1172m，下幫凈高2.5m，凈寬3.7m，凈斷面S=10.5m2。

（4）開切眼：15112開切眼沿5#煤層頂板布置，開切眼采用矩形斷面，錨網、梁及鋼帶聯合支護，凈高3m，凈寬8m，凈斷面S=24m2

3 支護設計

15112工作面采用走向長臂一次采全高采煤方法。工作面使用ZZ5800/22/43型支撐掩護式液壓支架支護，數量173架。

（1）支護強度的計算：Pg=9.8×h×r×k =744.8kN/m2，式中：h-采高，3.8m；r-頂板巖石容重，25kN/m3；k-工作面支柱應該支護的上覆巖層厚度與采高之比，一般為4～8，開采煤層較薄、頂板條件好、周期來壓不明顯時，應選用低度倍數；反之則采用高倍數，本工作面取8。

（2）支架工作阻力計算：F=Pg×S=744.8×5.865= 4368kN，式中：F-支架工作阻力，kN；Pg-支護強度，工作面最大支護強度為744.8kN/m2；S-支架支護面積，（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m）×支架寬度1.5m=5.865m2；

（3）考慮支架支撐效率，所需支架的工作阻力為：Ft=F/ζ=4368/0.8=5460kN經計算，ZZ5800/22/43型液壓支架的工作阻力5800kN>5460kN，滿足工作面支護要求。

（4）確定支架控頂距：支架最大控頂距為（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m+伸縮前梁長度0.8m）4.71m，最小控頂距為（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m）3.91m。

4 超前預爆破的實施

4.1 炮孔布置方案

為充分保證放頂孔對老頂承壓層的切斷作用，考慮工作面的長度及鉆孔施工的難度，設計在工作面3條順槽布置炮孔及在開切眼沿傾向布置炮孔。每條順槽內布置3組孔，每組孔布置一個老頂切斷孔、一個老頂輔助切斷孔、一個端頭切斷孔，放頂孔布置在距切眼以北25～45m之間，即距切眼以北25m處布置一組，35m處布置一組，45m處布置一組。開切眼布置4個孔，在開切眼上口距離西幫1.5m處布置一個孔，深孔巷上、下幫與開切眼交叉處朝上及朝下各布置一個孔，開切眼下口距離西幫1.5m處布置一個炮孔。

4.2 炮眼的施工

鉆孔施工采取用SKZ-120B1型深孔鉆機，三級煤礦許用乳化炸藥（防靜電塑料筒包裝，Φ60mm/1kg），煤礦安全防水抗拉導爆索，毫秒延期電雷管，MFB-100型電容式發爆器。

4.3 裝藥結構

根據頂板巖石物理力學性質、巖體結構等，按松動爆破原則，用類比法并折合成所選炸藥單耗，采用不偶合裝藥結構。為保證起爆的可靠性，每一個炮孔的炸藥串由兩根導爆索起爆，主導爆索插入孔底第一個藥卷，副導爆索插入距孔底4～5m處的藥卷。導爆索插入藥卷的長度不小于200mm，導爆索由毫秒延期電雷管引爆，每次只準起爆一組炮孔，同一炮孔內的雷管段別必須一致。

4.4 堵孔結構

為保障超前預爆破效果及防止爆炸氣體外泄，炮孔的充填堵孔形式及質量至關重要。本工作面預爆破炮孔的堵孔結構采用塑—剛結構，即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細砂等塑性材料，中部充填的黃土細砂配比為：黃土‥細沙‥水=75‥20‥5，由封孔器輸送至孔內，后端采用專用堵孔水泥。

5 結語

15112工作面進入回采以來，通過對工作面礦壓觀測系統數據進行分析，工作面初次來壓和周期來壓規律明顯，采空區頂板垮落得到有效地控制，且冒落的巖石基本將采空區充填嚴實，安全生產得到了有效保證，工作面實現了高產高效。同時，大斜長工作面減少了區段煤柱留設，區段煤柱能夠有效回采，僅此一項可多回收煤炭資源9.12萬噸，創造經濟價值2700萬元。

參考文獻

[1]朱曉慶.綜采工作面堅硬頂板控制技術研究[J].華東科技：學術版，2013，（10）：365.

[2]張春雷，張勇，李立，等.大傾角大采高綜采工作面堅硬頂板控制技術[J].遼寧工程技術大學學報，2014，（9）：1172-1177.

（作者單位：新疆焦煤集團1890煤礦）