6106 綜放工作面端頭放頂煤工藝優化研究與應用

王志根 郭志偉 丁志剛

（山西朔州山陰金海洋南陽坡煤業有限公司，山西 朔州 036900）

1 工程概況

南陽坡礦6106 綜放工作面地面位置在山西省山陰縣西北部馬營鄉山峽村北側，埋深約245 m。6106 綜放工作面可采長度660 m，工作面長110 m。煤層在采區范圍內部發育完整，厚約11 m，煤層結構簡單；煤層屬堅硬煤層，煤層層理呈水平層理，節理發育不明顯。煤層頂底板巖性情況見表1。6106 工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤法，全部垮落法處理采空區頂板，工作面采高為3.2～3.5 m，放煤高度7.7 m。

6106 綜放工作面頂板為堅硬、半堅硬型頂板，厚煤層，煤質堅硬，塊度大，頂煤冒放效果不顯著。傳統端頭區域的4 架過渡支架不放煤，降低了頂煤回收率。同時，在頂板完整的情況下，工作面礦山壓力顯現不夠顯著，也影響了放煤塊度和放煤量，采空區殘煤過剩，易造成采空區殘煤自燃。針對上述問題，基于6106 綜放工作面工程現狀，采用弱支護深孔爆破耦合CO2分布式預裂松動的端頭放煤工藝（如圖1），提高了頂煤回收率，實現了資源高效回收及災害防控的需求。

表1 煤層頂板巖性情況表

2 工作面兩端頭降壓區放煤技術方案

2.1 CO2 致裂技術方案

CO2致裂工藝具有致裂堅硬頂板、松動端頭頂煤作用，同時惰性氣體可降低空氣中氧氣濃度，有效抑制采空區殘煤自燃。根據6106 工作面切眼的布置情況，切眼強制放頂鉆孔共布置28 個。兩順槽隅角各并排布置2 個鉆孔KC，夾角45°，排距3 m，深度26 m；兩出口向外靠近采區幫17 m 之內各布置4 個KB2 致裂孔，鉆孔深度為26 m，鉆孔排距3 m；其中KB1 致裂孔各布置2 個，每個炮孔夾角45°，在切眼兩隅角向里延伸各5 m 位置；靠進老塘1 m 位置開始布置KA 致裂孔各6 個，排距30 m，炮孔直徑65 mm。6106 工作面致裂孔切頂示意圖如圖2。

圖1 弱端頭支護深孔爆破耦合CO2 分列式預裂松動綜放工作面端頭放頂煤工藝示意圖

圖2 6106 工作面致裂孔切頂示意圖

2.2 深孔爆破技術方案

利用現有巷道，施工爆破切頂擬在6106 工作面運輸順槽及回風順槽中進行。沿6106 工作面推進方向布置爆破孔，切斷煤柱側的頂板，使其隨著6106 工作面的回采頂板垮落，在煤體上形成的懸臂梁頂板結構發生斷裂，減小采動應力，松動頂煤。

初次切頂爆破孔布置在距切眼煤壁40 m 處，沿著工作面推進方向每間隔10 m 布置一個，各炮孔均與工作面平行，仰角為60°～70°，終孔位置為6106 工作面基本頂位置。炮孔爆破時孔底離工作面煤壁距離不小于30 m。具體炮孔布置如圖3。根據6#煤層頂板的地質和巖性條件，確定炮孔半徑為45 mm，藥卷半徑為38 mm，采用不耦合裝藥形式。具體炮孔和裝藥量參數見表2。

圖3 6106 工作面炮孔布置平面圖

表2 炮眼參數與裝藥量表

2.3 工作面端頭放煤工藝

端頭區放煤工藝應采用由工作面里側向端頭區側順序放煤的方式，以易放煤區和較易放煤區（2架排頭支架范圍）放煤為主，放煤步距0.80 m，2～3 輪放煤。

3 礦壓顯現規律

在6106 工作面兩端頭的過渡架上布置壓力監測裝置，監測工作面推進過程中的端頭壓力變化狀況，如圖4。在整個觀測過程中，工作面向前推進了120 m，在推進過程中將前60 m 不進行端頭致裂放煤，在后面60 m 推進過程中進行端頭致裂放煤。通過對比工作面端頭不放煤與放煤時礦壓變化，可發現：

（1）端頭放煤與端頭不放煤頂板來壓步距基本一致，平均為15 m，端頭放煤對來壓步距影響不大；

（2）端頭放煤時的支架壓力普遍較不放煤時升高，增加了約4%～6%，礦壓顯現也較不放煤時劇烈，但是其影響在現有支護條件下能夠保證安全，在某些壓力顯現強烈的區域則需要加強支護。

此外，基于數值模擬軟件及現場監測，研究了端頭致裂放頂煤和端頭不放頂煤時的頂板壓力及運動規律，得出端頭放煤與不放煤時，端頭的基本頂結構沒有發生大的變化，只是下沉量有所增加，礦壓顯現更加強烈。

圖4 6106 工作面端頭過渡支架壓力監測曲線

4 效果評價

工藝優化后的工業性試驗期間工作面礦壓現場實測表明，工作面端頭致裂放煤降低了頂板的完整性，使得頂板破壞區域化，有效降低了頂板整體破斷帶來的劇烈礦壓顯現風險，降低了支護設備風險。端頭支架的礦壓有一定的增加，但仍在現有支護裝備的適應條件范圍，能夠保證安全，僅在某些壓力顯現強烈的區域需要加強支護。

6106 綜放工作面端頭預裂放煤工藝實現增產7.855 萬t，直接創造經濟效益約2 042.23 萬元，在提高工作面原煤回收率的同時，降低了工作面采空區的自然發火風險，延長礦井服務年限，可為相似綜放工作面提供一定的參考。