綜采工作面巨厚堅硬頂板放頂管理的研究和應用

胡建波

【摘要】強制放頂是針對不易自然垮落的大面積裸露頂板進行的人工強制垮落，是預防頂板冒落事故，保證礦井安全生產的重要保障措施。本文結合郭二莊礦綜采工作面巨厚堅硬頂板放頂管理實踐，對強制放頂技術及其應用進行了探討。

【關鍵詞】綜采工作面? 巨厚堅硬頂板? 強制放頂? 研究應用

強制放頂是針對不易自然垮落的大面積裸露頂板進行的人工強制垮落，是預防頂板冒落事故，保證礦井安全生產的重要保障措施。巨厚堅硬頂板具有較強的穩定性，在正常開采條件下很難自然垮落并成為懸頂。隨著開采的延伸和懸頂的面積的增加，采空區支架和煤壁也會逐漸地開始不堪重負，當頂板壓力超過支架和煤壁支撐力時，大面積的懸頂就會突然垮落對井下人員、設備造成巨大損失;有時還會破壞工作面的密封結構和設施，導致采空區瓦斯外泄，引發瓦斯爆炸等事故災害。因此，為了保證安全生產，有必要采取強制放頂措施以消除采空區大面積懸頂的威脅。本文結合郭二莊礦綜采工作面巨厚堅硬頂板放頂管理實踐，對強制放頂技術及其應用進行了探討。

一、工作面概況及頂板巖性分析

邯礦集團郭二莊礦二坑下組煤目前主要開采9#煤，開采水平標高-100m。全礦井共劃分4個采區，四采區為二采區的接替采區。四采區位于郭二莊井田東部，采區南北走向長330～1700m，東西傾向長690～2300m。采區北至郭二莊井田北部邊界，南至午汲鐵路，東至-300m煤層底板等高線，西至-100m煤層底板等高線及南溝村保護煤柱線，面積約3.59Km2。設計開采煤層為9#煤，賦存于太原組底部，煤層儲量豐富，平均厚度3.3m，地質資源儲量2060萬噸，設計可采儲量1328.4萬噸，服務年限14.8年。9#煤直接頂及基本定為堅硬的火成巖構造，厚度為22.8～28.1m，屬巨厚堅硬頂板，頂板穩定性較好，難以自然垮落。火成巖的大面積侵入破壞了煤層的完整性與穩定性，給礦井支護帶來了一定難度。

二、強制放頂技術研究

郭二莊礦二坑9#煤層火成巖頂板平均厚度達到了25m，而且質地堅硬，從開采過程中對頂板活動的觀察來看，該頂板很難隨采隨落，有的頂板懸頂達到40m～50m長度時仍不能自然垮落，但此時懸頂垮落的風險及危害極大;當懸頂面積達到4000mm以上時，很容易出現強烈的沖擊垮落，同時產生破壞力極大的沖擊風暴，對礦井人員和設備設施帶來極大危害。因此，必須要在大面積懸頂出現之前采取強制放頂措施，以消除頂板大面積垮落的風險。頂板處理分為初采放頂和步距強制放頂兩個部分，初采放頂即在當工作面初采時，如果初采面推進至20米后火成巖頂板仍不能塌落時即開始進行初次強制放頂;初次放頂后隨著工作面的推進，還要根據工作面直接頂的塌落情況進行步距強制放頂。通過上述放頂措施來改變巨厚火成巖頂板原有的垮落規律，在人工干預下避免堅硬懸頂的大面積形成。

（一）工作面支護措施

工作面采用ZY6000/22-45型掩護式液壓支架作為頂板的支護措施，采用架后人工放頂措施進行頂板管理，在保證頂板足夠支撐力的基礎上使頂板實現有計劃的垮落。

（二）初次放頂

（1）初次放頂步距和高度的確定。初次放頂步距應根據頂板厚度、巖性和結構等進行確定。根據9#煤層火成巖頂板特性，沿回采方向依次布置放頂鉆孔，建議初次強制放頂間隔步距為10米。同時，在保證安全效益的前提下，適當在初次來壓過后調整放頂步距，最大步距不超過15米，放頂高度為工作面采高的3～6倍，使其達到最佳放頂效果。

（2）孔深與最小抵抗線的確定。采用QZJ-100B潛孔風動鉆機進行鉆孔施工，根據頂板巖體特性與實際厚度，最小抵抗線取2～4m;孔深第一層取4m，第二層取2.5m。

（3）放頂組數與孔深。在距工作面老塘10米處布置第一組初次強制放頂鉆孔，然后按照設計步距均勻布孔。在2個順槽巷對稱各打三組共7個孔，其中一組3個孔，孔深30m;二組、三組各2個孔，孔深分別為18m、15m。

（4）炮孔布局、角度和裝藥量。鉆孔水平角度呈扇形布置，仰角呈梯形布置，采用并串聯回路正向爆破，躲炮距離為200米。一組炮眼與工作面煤壁夾角為20°，二組炮眼與工作面煤壁夾角45°，三組夾角70°。使用二級煤礦許用水膠炸藥進行爆破，裝藥長度不大于孔深的2/3，其余部分用炮土、木楔和封泥進行密封和填充;封孔長度不小于孔深的1/3。

（三）步距放頂

如果初次放頂后工作面直接頂不塌，或者是塌落高度不足時，需進行步距放頂。根據采面巖性特征和以前工作面來壓步距，步距放頂步距設置為10m;隨后可根據放頂后頂板塌落情況對步距進行調整，以使直接頂達到足夠的塌落高度。步距放頂的目的是避免出現大面積懸頂，需要每隔一段距離就通過爆破的方式使頂板斷裂，為避免出現較大的懸頂垮落，需保證放頂步距不超過設計距離;如需增加步距則必須認真調查頂板及其來壓情況，在保證安全的前提下謹慎增加。

三、應用效果和效益分析

火成巖頂板表面凹凸不平，由于切眼沿火成巖掘進，工作面初采時煤層上方的夾矸避免了液壓支架與火成巖表面的直接接觸，從而保證了支架受力均勻。經過周期性放頂之后，堅硬頂板在未形成大面積懸頂之前得到及時垮落，開采過程中頂板來壓并不明顯。29204工作面在2019年8月～9月兩個月期間，共對采面火成巖頂板強制放頂12次，安全生產原煤6萬多噸，收到預期效果。按照噸煤利潤200元計算，僅此即為企業創效1200萬元。在保證下組煤安全開采的同時，延長了礦井服務年限，為企業帶來了可觀的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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