堅硬頂板回采工作面強制放頂技術研究

趙海蛟

摘 要：以15605回采工作面堅硬頂板強制放頂為工程背景，采用理論計算法對回采面頂板強制放頂來步距進行計算確定，并設計確定了合理的強制放頂參數，初次放頂時的距離回采面煤壁35m，周期放頂距離回采面煤壁30m，在回采巷道內超前布置爆破孔，現場應用結果表明，確定的爆破步距以及爆破鉆孔參數能有保證回采工作面安全生產的需要，為礦井堅硬頂板工作面強制放頂提供了較好的經驗借鑒。

關鍵詞：回采工作面;堅硬頂板;強制放頂;放頂步距

15605回采工作面開采15號煤層，煤層頂板為堅硬，且難以垮落的石灰巖。工作面在正常回采推進過程中，頂板初次來壓以及周期來壓的步距較大。當頂板出現大面積的垮落時會給回采工作面帶來較大的沖擊，嚴重時甚至沖倒支架，損壞巷道，造成回采面出現人員傷亡以及財產損失。為了確保回采工作面的安全順利推進，文中對深孔預裂爆破技術在堅硬頂板強制放頂中的應用情況戶進行分析介紹。

1 工作面概況

15605回采工作面位于礦井6采區東側，15603回采工作面采空區以南，6采區集中運輸巷以東。回采工作面平均埋藏深度在440m，工作面斜長為180m，走向長度為1600m，開采高度在2.6m，煤層結構較為穩定，部分夾雜有1層夾矸，煤層傾角在5～8°，平均6°，無直接頂，老頂為厚度在9m的石灰巖，堅硬。煤層底板為厚度在2.6m泥巖，回采面采用的液壓支架型號為ZZ9600/16/32，液壓支架的額定工作阻力在9600kN。

2 強制放頂步距確定

回采面推進之后，老頂的力學模型可以簡化為間支梁，回采面煤壁端尾固定支座，采空區側為簡支。根據材料力學有關理論，可以知道，煤層老頂承受的載荷可以由下式進行計算：

其中，q表示為梁體受到的載荷（kN/m2）;K表示作用在煤體老頂之上的巖體厚度系數（取值為6）M表示為回采面的最大開采厚度（取值為2.6m）;R為巖體容重（取值為2300kg/m3）。通過帶入相關系數，可以求得q=359kN/m2。

老頂的極限垮落步距可以由下式計算取得：

其中，RT表示老頂的極限抗壓強度（取值為9MPa），q表示巖體受到的載荷（取值為0.36MPa），h表示

為巖體厚度（取值為9m）。

根據煤層頂板受到的支撐作用力，運用載荷估算法對頂板來壓期間的巖壁懸露長度進行計算，具體計算公式如下所示：

其中，r表示覆巖容重（取值為29kN/m3），h表示為巖層厚度（取值為9m）;p表示支架的最小支護強度（MPa）。

通過上式計算可以得知，回采面頂板的合理懸露長度不應超過50m，為了有效保證回采面安全，將回采面的放頂步距確定為30m。

3 強制放頂技術方案

3.1 預裂爆破鉆孔布置

在15605回采工作面進風巷以及回風巷每隔30m距離布置一組預裂爆破鉆孔，第一組深孔預裂爆破鉆孔距離回采面切眼35m。每一組深孔預裂爆破鉆孔布置5個預裂炮眼，采用A～H進行標號，其中布置的預裂爆破鉆孔中A～E與回采面平行布置，F、G、H爆破孔與巷道中心線位置呈18°，具體的預裂爆破鉆孔布置平面圖如圖1所示，剖面圖如圖2所示。

3.2 爆破時間

回采工作面初次進行強制放頂時，放頂硐室中心線的位置距離回采面煤壁≥14m，周期強制放頂煤時的放頂硐室中心線位置距離回采工作面煤壁的距離≥42m。

3.3 預裂爆破起爆順序

強制放頂預裂爆破起爆順序由內至外依次進行，每次爆破起爆兩個2炮眼，分組進行裝藥，分次進行爆破。在對起爆鉆孔進行布局時根據“局部并聯”“總體串聯”方式進行，具體為起爆兩個串聯爆破孔，一個孔內的并聯爆破孔。具體的起爆順序為先起爆A、B兩組爆破孔，隨后起爆C、D兩組爆破孔，接著起爆E、F兩組爆破孔，最后起爆G、H爆破孔。

3.4 爆破鉆孔施工技術措施

在爆破鉆孔施工過程中，需要確定好鉆孔施工角度，用羅盤標記鉆孔方位角，標記之后再進行鉆孔施工，鉆桿平穩的對準開眼標記位置;才開始施工鉆孔時需控制鉆孔鉆進速度，嚴格防止鉆桿鉆進速度過快或者鉆進位置存在較大偏差。

在回采面回采巷道內施工爆破鉆孔時，施工完成一個可以采用絞車輔助運送鉆機方式。在運移過程中拆除全部油管，用繩索扣緊鉆機后座，并將繩索與絞車連接。使用絞車拉鉆機時，絞車與鉆機之間的位置嚴禁站人，并提前將運用通道清理干凈，出現異常時及時停止鉆機移動，停機進行處理。

4 強制放頂效果分析

初次放頂時回采面的推進距離為35m，煤層的開采厚度為2.6m，初次強制放頂的工作面來壓較為明顯，但是不會給工作面液壓支架以及工作人員造成安全威脅，初次強制放頂結果后支架的最大工作阻力為額定工作阻力的1.15倍，回采面的通風、設備等均保持在正常狀態，未給回采工作帶來明顯的不利影響;工作面推進過程中每隔30m進行一次強制放頂，回采面周期來壓期間液壓支架的最大工作阻力為額定工作阻力的1.05倍，來壓較為穩定，強制放頂取得了較為明顯的應用效果。

5 總結

15605回采工作面頂板為堅硬的石灰巖，頂板難以垮落，采空區懸露面積過大會給回采工作的安全推進造成顯著影響。因此，通過強制放頂技術，有效的避免了采空區空頂面積過大問題，現場應用實踐也表明，設計的初次放頂布局以及周期放頂距離以及爆破鉆孔參數較為合理，能有效的保證回采面的安全生產。

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