15101 綜采工作面初采頂板強制弱化分析

郝 權

（山西長治羊頭嶺北峙峪煤業有限公司， 山西 蔭城鎮 047100）

我國煤礦目前采煤方法多采用壁式開采，采空區處理多采用全部垮落法管理頂板。由于不同地區工作面的頂板巖性不同，硬度不同，同一地區，不同的礦井工作面頂板巖性也不同，同一礦井，不同工作面的頂板巖性也不同，因而不同工作面直接頂垮落的難易程度也不同，因此選擇強強制放頂方法是至關重要的一環節。如果回采工作面采后頂板不易垮落或垮落的不完全，就會給工作面頂板管理帶來極大的隱患，因此在回采頂板處理上方法是否得當，將嚴重影響回采工作面的安全。

1 工程概況

北峙峪煤礦是兼并重組礦井，開采15 號煤層，屬低瓦斯礦井，15101 工作面為首采工作面，該工作面走向長度900 m，傾斜長度140 m，工作面中部有一條舊巷，與運輸和回風順槽基本平行，寬度約4.5 m，三條巷道都為錨網索支護，平均采高3.8 m，含0-2層夾矸，煤層傾角6°～8°，回采工藝采用綜采一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板。

直接頂為5～8 m 不等的K2 石灰巖，普氏系數f大于6，致密而堅硬。由于該工作面為首采工作面，直接頂初次垮落步距、老頂初次來壓步距和周期來壓步距都沒有有效的基礎數據科可供參考，但是我們的回采工作還的繼續進行，為此，初采時進行強制放頂是唯一的選擇。

2 強制放頂方法的選定

回采工作面采空區頂板弱化強制放頂的方法比較多，有利用高壓二氧化碳膨脹法，有高壓水滲透膨脹法，有爆破預裂法等，不管是采用哪一種方法，必須本著技術上可行，經濟上節約，同時不污染井下環境，綜合各方面的因素擇優選擇。

高壓二氧化碳膨脹法就是在頂板上打深孔，裝上套管，將高壓二氧化碳導入，利用壓力二氧化碳氣體將巖體松裂，達到預裂的目的。這種方法投資大，易污染井下的空氣。

高壓水滲透膨脹法就是在頂板上打深孔，裝上套管，將高壓水引入鉆孔，水流沿著巖石孔隙進入，將巖石膨脹碎裂。但是由于k2 石灰巖的孔隙率很低，水流很難浸透巖石，效果不是很好。同時經濟負擔也特別重。

爆破預裂法是在頂板上打深孔，裝入炸藥進行爆破，這是常用到的方法，這種方法投資小，效率高，技術上可行。該方法選擇合理的地方掏槽，形成較大的自由面，然后連續爆破，將頂板強制預裂。建硬頂版一般楔形掏槽比較好。

3 頂板弱化處理施工設計

3.1 頂板處理高度確定

因為直接頂為5～8 m 的石灰巖，如果將這層石灰巖直接定全部強制放下來，就可以減小回采面初采時的礦山壓力，所以確定放頂高度為向上8 m 的垂直高度。

3.2 初次放頂

3.2.1 切眼中放頂眼的布置

3.2.1.1 炮眼布置

1）掏槽方法。八眼對稱楔形掏槽法具體見圖1，即：八個眼兩兩一組，由淺入深，層層遞進。在支架安裝前，先將炮眼布置好，先在切眼內距采空區側巷幫1 m 處頂板打眼，以中間舊巷為中心進行掏槽，為保證掏槽效果，掏槽眼一共布置四組（8 個），其中M 和M′一組，L 和L′一組，K 和K′一組，J 和J′一組，M 和M′最淺，J 和J′最深（垂直深度要大于8 m），其余炮眼向兩順槽方向依次布置，140 m 長的切眼共布置了26 個炮孔。

為保證爆破效果，依據爆破理論，深孔爆破孔徑定為75 mm，封泥長度為炮孔長度的根據孔深和藥量的大小進行計算，具體計算結果見表1。

圖1 工作面炮眼布置平面圖（m）

表1 切眼放項各炮眼參數與裝藥量表

3.2.1.2 爆破時間確定

在切眼未安裝液壓支架前進行打眼，在工作面從開切眼處開始推進1.2～2.4 m 時裝藥、聯線和爆破。

3.2.1.3 炮眼 爆破

放炮使用MF-50 型起爆器，起爆順序是從切眼的中部向兩端，開始起爆8 個炮孔（M 和M′、L 和L′、K 和K′、J 和J′），然后左右間隔進行起爆，每次起爆4 個炮眼，整體實行為分組裝藥、分次起爆。一茬炮聯線采用“局部并聯，總體串聯”的方式進行（即4個炮孔串聯，1 個炮孔內并聯）。起爆炸順序為：M、M′L、L′K、K′J、J′→I、H、G、F→I′、H′、G′、F′→E、D、C、B→E′、D′、C′B′→A→A′。

根據炮眼的深度和封泥的長度確定導爆索長度，然后用鋒利的刀具割斷，嚴禁用沖擊方法砸斷。

導爆索長度確定后，用炮棍把準備好的炮泥裝入炮眼，開始幾卷炮泥不得搗得過實，隨著炮泥的逐卷推進，力度逐漸加大，一次推送炮泥不得超過2節。封泥時不得損傷導爆索。封孔分兩次進行，第一次先封至距孔口1 m 處，第二次封孔時，將雷管、導爆索捆綁牢固后塞入孔內再封土，直到全部封滿搗實，將外露雷管腳線扭結成短路，嚴禁將雷管與導爆索漏出黃土外。

為了確保炮眼內藥包完全引爆，采用雙雷管，雙導爆索引爆，每一根導爆索均采用瞬發電雷管起爆，2 個雷管在孔外采用并聯連接，放炮母線必須絕緣良好，并且懸空吊掛。

圖2 為起爆藥卷示意圖；圖3 為炮棍示意圖；圖4 為裝藥結構示意圖。

圖3 炮棍示意圖

3.3 爆破所需設備和火工品（見圖4 和下頁表4）

圖4 裝藥結構示意圖

4 結語

壁式開采全部垮落法管理頂板，直接頂初次垮落是關鍵，由于各地煤層直接頂的巖性不同，有的堅硬而脆性大，有的堅硬而韌性大，有的巖石軟等情況各異，這樣不同硬度的直接頂初次垮落步距不同，對回采支架產生的壓力就不同，由于支架的支撐力是一定的，如果采后直接頂堅硬不垮落，那么回采面的支架受壓過載而卸液，甚至會壓垮，或者采空區大面積空頂，壓力瞬間釋放垮落會產生巨大的沖擊波，造成設備破壞，甚至導致人員傷亡，所以要根據頂板不同的巖性進行強制預裂，使頂板采后盡早自行垮落而充填采空區。對于爆破法強制預裂頂板而言，操作工藝簡單，經濟實惠，普遍受到人們的青睞，首采工作面采用這種方法強制預裂取得了良好的效果。

表4 爆破所需設備和火工品匯總表