小梁溝礦綜放面堅硬頂板弱化處理技術

曹建國

（山西省煤炭規劃設計院，山西 太原 030045）

小梁溝煤礦位于大同煤田的中部，開采侏羅紀煤層，該礦14號煤層8012綜合機械化放頂煤工作面位于本礦1029開采水平301盤區，綜放面的西部邊界為官窯村和馬家溝村保護煤柱；南邊與云林寺村保護煤柱，東面為8010工作面，北部是301盤區的運輸巷、軌道巷和專用回風巷。采面長154.50m，走向推進長度為826.70 m。8012綜采放頂煤工作面開采侏羅紀14號厚煤層，煤層傾角2°～4°，平均3°，厚度變化不大，平均8.10 m，2012巷8號測點附近煤厚局部變化較大。

14號煤層節理裂隙不發育，整體性好，結構致密，堅固性系數為f=3.2，14號煤層頂板為細粒砂巖，平均厚度19.80 m，節理裂隙發育較差，巖體的整體性好，單向抗壓強度59 MPa。 8012綜放面是大同煤田可采區域內非常典型的“兩硬”條件，頂煤順利放完放凈的前提條件是松動堅硬的頂煤，為消除回采后堅硬頂板對綜放面安全的威脅，必須在頂煤和堅硬頂板內布置符合煤層頂板實際情況的炮孔，實施深孔爆破松動頂煤和頂板技術措施。

1 概況

8012綜合機械化放頂煤工作面布置5條回采巷道，沿著煤層底板掘進的采面運輸巷平巷和運料回風平巷，開掘在煤層中部的2條工藝巷道，在14號煤層沿著頂板開掘8012工作面的頂回風巷。

綜放面運輸平巷（2012）掘進高度為4.50m，工作面使用無軌膠輪車運料，運料回風平巷（5012）巷道斷面為矩形，掘進高度3.40m。2012-1及2012-2巷為2條矩形斷面的巷道，巷道高度2400mm，巷道寬度3400mm。2012工作面頂部回風巷斷面為矩形，5012-1巷掘進寬3400 mm，掘進高度2600mm，巷道凈高2450mm。2012、5012巷沿底板掘進，2012-1、2012-2、5012-1巷為沿頂板掘進。8012綜放面開切眼規格為寬7500mm、高度3300mm。5條回采巷道的支護形式均采用錨桿、錨索、金屬網、鋼帶聯合支護。

8012采面工作面采用放頂煤采煤技術工藝，堅硬頂板經爆破弱化處理后頂板處理方式選擇自行垮落法。依據8012綜采放頂煤采面工作面設計三機配套技術要求，采煤機采煤高度為3.0 m，放頂煤厚度平均為5.10 m。采放比為1:1.70。采煤機滾筒寬度為0.665 m，考慮煤層堅硬，節理裂隙不發育，整體性好，雙滾筒采煤機截深選用0.50 m。頂煤的放煤方式規定一刀一放。

放頂煤回采工藝過程如下：工藝巷內弱化煤巖（深孔爆破）→采煤機割煤→推移采面支架→移動前刮板輸送機→低位放頂煤→拉后部刮板運輸機。

2 煤體松動爆破

8012綜放面回采過程中，對頂煤松動爆破在2012-1和2012-2工藝巷道內的兩幫施工作業，巷道內的鉆眼及爆破要遠離采面，盡量降低爆破施工給工作面回采帶來的不利影響。工藝巷爆破弱化頂煤的工作超前綜放工作面煤壁的距離不小于20 m，鉆眼工作在2條工藝巷道內相向施工，相對的一組炮眼眼底距離要達到6.0 m；在工藝巷內分別向2012運輸平巷和5012回風平巷側的炮眼眼底要與2條巷道保留7 m煤柱，以免松動爆破施工破壞運輸巷和運料回風巷的正常安全使用。

2.1 弱化頂煤炮孔布置

（1）工藝巷內鉆眼工具選擇型號為KHYD75DIA的巖石電鉆，孔徑62 mm。

（2）2012-1和2012-2 工藝巷內打第一組炮眼的位置在8012工作面開切眼巷道之前20 m，其后的打眼按爆破參數的設計進行，一直到8012工作面停采線結束。

（3）2012-1、2012-2巷內，炮眼在工藝巷兩幫垂直布置，鉆孔形式為三花眼。

（4）2012-1至2012巷方向炮眼深度34 m，2012-2至5012-1巷尾向炮眼孔深26 m，2012-1至2012-2巷對頭炮眼深度34 m。

8012采面工藝巷內炮眼布置如圖1所示，炮眼參數、裝藥量如表1所示。

2.2 裝藥及放炮

炮孔裝藥方式：14號煤層頂深孔爆破選擇三級煤礦許用炸藥，采取正向裝藥結構，藥卷長度為500 mm，直徑50 mm，藥卷質量為1 kg。炮眼采用串聯連線，為了保證可靠起爆，一個炮眼內裝設2支雷管，使用毫秒延期雷管，同孔的2個雷管并聯聯接，孔與孔之間選擇串聯聯接。封孔材料為水炮泥、粘土、錯手木楔。炮眼封孔2次完成，34 m炮眼的一次首次封孔長度為11 m，其二次封孔長度為1 m；26 m炮眼的一次封孔長度為8 m，二次封孔長度為1 m。二次封孔時，必須把導爆索和雷管捆扎牢固，理順雷管腳線和引線，最后在炮眼外短接，二次封孔要在連線放炮之前實施，不能提前進行。

弱化頂煤的爆破工作要提前進行，在綜放面煤壁之前20 m以遠施工爆破。

3 煤層堅硬頂板松動爆破

對14號煤層堅硬頂板實施的預裂松動爆破，在2條工藝巷內進行，距離工作面煤壁20 m以遠爆破。根據采面工作面長度，14號煤層厚度，細粒砂巖直接頂平均厚度為19.80 m，確定放頂步距為頭向、尾向孔為10 m，頭尾向工作面方向為15 m。鉆眼機具為TXU-75型液壓鉆機。

（1）炮孔布置。8012綜放面工藝巷內頂板預裂爆破炮眼雙層布置，預裂松動步距15 m。炮孔終孔與5012-1及2012巷凈巖柱為7 m，迎頭炮孔終孔間凈巖柱不小于7 m。孔口位置必須位于煤幫與頂板交界處的頂板巖石上，不能把炮眼開孔位置在巷道煤幫。堅硬頂板松動預裂爆破要超前采面煤壁距離不小于20 m。堅硬頂板松動預裂爆破炮眼布置平、剖面圖如圖2所示，切頂孔剖面圖如圖3所示，炮眼參數和炸藥量如表2所示。

（2）爆破工作。14號煤層堅硬頂板松動預裂弱化爆破裝藥、聯線同頂煤預裂爆破一樣。步距放頂爆破超前工作面煤壁水平距離20 m，炮眼附近5m內要使用單點木柱保護身體實施爆破工作。2條工藝巷分別起爆，不能同時放炮。

圖2 頂板爆破炮孔布置平、剖面圖

圖3 切頂孔剖面圖

4 結語

堅硬頂板和堅硬煤層條件下的綜合機械化放頂煤回采難題是煤難放、頂難落，通過布置兩條工藝巷并在其中施工對頂煤和堅硬頂板弱化處理的炮眼，采取深孔爆破技術，有效解決了兩大難題，增加了頂煤的放出率，提高了綜放面的回采率，取得了良好的技術經濟效益。

表2 堅硬頂板弱化炮眼參數、裝藥量表