厚層灰巖頂板綜采工作面初次放頂實踐

張志群 周松江

（山西煤銷集團神農煤業有限公司，山西 高平 048402）

工作面初采頂板垮落步距大，特別是對于堅硬頂板，其完整性好、強度大，初次來壓步距更大，極易形成采空區大面積懸頂[1-3]。采空區懸頂不僅會造成采空區瓦斯集聚，而且其一旦大面積垮落會形成颶風沖擊工作面作業人員及設備，產生重要安全事故，必須對堅硬頂板進行治理，消除安全隱患[4-5]。本文結合神農礦井生產地質情況，通過在工作面切眼及兩端頭順槽施工爆破放頂鉆孔和退錨鉆孔，取得了良好應用效果。

1 工程概況

神農煤業開采15號煤層，煤層結構簡單。15101工作面為15號煤一盤區首采工作面，在切眼掘進過程中遇陷落柱。為減少回采難度并結合現場實際施工了刀把切眼，形成1#切眼90m，2#切眼60m（工作面布置如圖1所示）。該工作面煤層厚度3.8～4.4m，平均4.0m，煤層傾角3～10°。切眼規格為凈寬7600mm×凈高4000mm，支護方式為錨網（索）支護。15號煤層直接頂為砂質泥巖，基本頂為K2灰巖，屬于堅硬巖石，厚度為4.7～10.15m，平均7.51m；底板為泥巖、砂質泥巖，局部為鋁質泥巖。由于15101工作面為神農煤業15號煤首采工作面，尚未進行礦壓觀測分析，參考鄰近礦井15號煤層工作面開采經驗，工作面基本頂初次來壓步距在35m以上，周期來壓步距為20m。為保證工作面開采安全，減小工作面基本頂初次壓力步距，使其及時垮落，不產生大面積懸頂，需初采期間對頂板進行弱化處理。

圖1 工作面布置圖

2 頂板爆破方案

2.1 炮孔布置參數

（1）1#切眼

1#切眼爆破鉆孔分為切眼內爆破鉆孔、端頭爆破鉆孔和退錨爆破鉆孔。① 切眼內爆破鉆孔分兩排布置，孔深5m，鉆孔直徑40mm，間排距為2m×2m。第一排鉆孔在距老塘側巷幫2.5m打設，第二排鉆孔在距老塘側巷幫4.5m打設，兩排鉆孔均朝向工作面中部，與頂板呈45°夾角，并分別與對應側巷幫在水平方向呈30°夾角。1#切眼內共布置爆破鉆孔88個。② 兩側端頭順槽爆破鉆孔分三排沿順槽巷道軸向布置，孔深5m，鉆孔直徑40mm，間排距為1m×2m。三排鉆孔均朝向老塘側，與巷道頂板呈45°夾角，其中外側兩排鉆孔分別朝向兩側巷幫向外偏30°，兩端頭共布置爆破鉆孔39個。對1#切眼及兩端頭爆破鉆孔進行編號（用1、2、3、4……113數字和a1、b1……字母代表），并對其進行編組。爆破鉆孔布置如圖2所示。③ 退錨鉆孔布置在工作面切眼及兩側順槽距錨索1.14m處，鉆孔深1.33m，孔徑為40mm，朝向錨索與頂板呈45°夾角，共布置260個炮孔（退錨鉆孔布置如圖3所示）。

（2）2#切眼

工作面2#切眼爆破鉆孔布置形式及參數與1#切眼鉆孔布置一致，切眼內布置58個爆破鉆孔，兩側順槽共布置43個爆破鉆孔。

圖2 工作面1#切眼爆破鉆孔布置及分組圖

2.2 鉆孔施工

根據15101工作面布置情況，在工作面設備安裝前在1#切眼和2#切眼分別布置預裂爆破鉆孔。本次初次放頂爆破鉆孔采用氣腿式鑿巖機進行打眼施工，根據孔深和巷道高度情況，在施工爆破鉆孔時，先用2m鉆桿打眼，2m眼深施工完畢后再用5m的鉆桿繼續打眼，同時將施工的炮孔用紅漆標記。

圖3 退錨鉆孔布置圖

2.3 爆破作業

15101工作面安裝完畢、設備調試后進行試采，工作面推進5m待炮眼完全露出后，停止推進，將支架全部升緊，首先對1#切眼鉆孔完成裝藥并進行初次放頂工作。2#切眼位置待工作面推進到其所在位置再進行裝藥和放頂工作。

（1）鉆孔裝藥

工作面切眼及兩側順槽放頂爆破鉆孔深為5m，裝藥量均為2.6kg，裝藥長度2.6m，封泥長度2.4m。退錨爆破鉆孔孔深為1.33m，裝藥量為0.2kg，裝藥長度0.2m，封泥長度1.13m。炸藥使用2#煤礦許用乳化炸藥，藥卷規格Φ35×200mm，0.2kg/卷，雷管使用煤礦許用毫秒延期雷管，正向起爆。裝藥前，必須首先清除炮眼內的煤粉和巖粉，再用木質和竹質炮棍將藥卷輕輕推入。

（2）鉆孔分組及起爆

爆破作業使用BF-200型專用發爆器1臺起爆，在15101運輸順槽使用，整個工作面及順槽放頂爆破鉆孔和退錨爆破鉆孔分5次裝藥、5次起爆。爆破鉆孔起爆順序：沿工作面切眼全長起爆，順序是從回風順槽側工作面端頭開始向運輸順槽側端頭分五段起爆。鉆孔分組及起爆順序如表1所示。

表1 爆破鉆孔起爆順序

2.4 安全技術措施

（1）在工作面初次放頂之前，必須全面檢查工作面頂板支護情況，保證支架初撐力，工作面上下兩端頭打設點柱加強支護，并做好支架和易損物件的防護工作。

（2）在初次放頂爆破之前，瓦檢員必須嚴格檢測放炮地點及回風流的中瓦斯濃度，瓦斯濃度超過0.8%時嚴禁爆破作業。檢查工作面所有風門的工作狀態，保證其能夠維持正常工作，確保工作面供風系統穩定運行和供風量充足，防止瓦斯產生積聚。由一名安全員與一名瓦斯員為一個警戒小組，分別在15101回風順槽聯巷口、15101運輸順槽軌道聯巷口、15102運輸順槽回風聯巷口上設置警戒，防止無關人員進入危險區。

（3）必須嚴格執行“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”。爆破后必須等待15min以上，在回風流瓦斯濃度小于0.8%時，再由放炮員、瓦檢員和班組長檢查爆破地點情況，嚴格檢查通風、瓦斯、煤塵、頂板、支架、拒爆、殘爆等情況，有危險及時進行處理。

3 礦壓觀測及效果分析

15101工作面1#切眼進行初采爆破放頂后，工作面繼續向前推進，對工作面頂板垮落情況和液壓支架工作阻力進行統計分析，分析工作面1#切眼爆破放頂效果。

（1）通過對工作面液壓支架工作阻力的統計分析可知，15101工作面1#切眼初次來壓步距平均為26.9m，工作面初次來壓步距減小8m以上；在整個初采過程中，工作面支架工作阻力較為平穩，沒有出現突變現象，工作面液壓支架最大工作阻力為4519kN，工作面來壓強度不大，礦壓顯現較弱。

（2）爆破放頂后，隨著工作面向前推進，工作面中部直接頂可以隨之垮落，上下端頭的直接頂相對滯后3個循環；在工作面退出切眼的正常推進過程中，上下隅角懸頂長度不大于4m，懸頂面積在8～12m2，上下端頭懸頂面積不大，有利于瓦斯管理。

4 結語

結合神農煤業15102工作面布置及地質情況，針對1#和2#切眼分別布置切眼內和兩端順槽爆破放頂鉆孔，并在錨索支護位置布置退錨爆破鉆孔。在15101工作面1#切眼進行了初采放頂試驗，1#切眼初次來壓步距平均為26.9m，工作面上下端頭頂板能夠及時垮落，懸頂面積不大，說明采用本次爆破放頂效果良好，達到了弱化工作面頂板的目的。