探析15號煤層回采工作面堅硬頂板預裂軟化技術

（山西凌志達煤業有限公司 山西 046600）

隨著社會的發展與科技的進步，煤礦挖掘技術已經無法滿足現代社會的發展，因此需要一種新的挖掘技術來適應現代的社會需求，本文主要介紹堅硬頂板預裂軟化技術。

1.15號煤層圍巖地質的物理學解析

現有的開采資料表明，15號煤層絕大部分是由泥巖所組成的，同時也含有黃鐵礦泥巖以及細沙巖薄層等多種結構。但這種泥巖所組成的頂板結構不穩定，比較容易坍塌，很容易在開采時發生意外事故。現有數據表明，在15號煤之上太原組粉砂質泥巖的密度為2.66g/cm3，含水率為1.66%～1.73%，飽和極限抗壓強度為22.61～25.33MPa，為軟弱巖石。同時，底板泥巖密度為2.57g/cm3，含水率為1.68%，飽和極限抗壓強度23.92MPa，為軟弱巖石。這種結構的煤層在采煤的過程中更容易發生坍塌事故。

(1)井田地質的概述

本文所探究的15號煤層井田的出露地質主要有下石盒子組、上石盒子組、二疊系山西組和第四系松散沉積物組成。它的總體走向為由東向北但是產狀上較為平緩。由于地質構造的影響，通常該地質層會形成一些小型褶皺構造。但是在井田的中部卻與眾不同，它有相對隆起的背斜構造，這與井田原本的構造并不協調。

(2)15號煤層頂底板的巖石性組成

根據現有資料可以發現，在15號煤層的上部通常會因為一些不定性的原因，例如出現厚度為0-2cm以泥巖層為主的透鏡體狀夾層。這些夾層就是后來所產生的14號煤層。對15號煤層進行調查，可以發現煤層的直接頂板為K2灰巖，這種巖石多表現為厚層狀通常比較堅硬，在工程上表現出了比較優良的性能。但是在K2灰巖的下部常常會有許多炭質泥巖頂板，這種頂板結構與K2灰巖頂板的性能恰恰相反，泥巖層的力學強度較低，在采取的過程中比較容易掉落。現在的15號煤層的頂底板，一般是泥巖或者是黃鐵礦泥巖為主，這就加大了開采的難度。

(3)工作面圍巖的穩定性評價

根據對15號煤井進行的采樣測試，15號煤層的K2灰巖的巖石指標大約在70%，巖石的質量相對較好，巖石也比較完整，因此可以被評為三級。但是在該煤層中的底板泥巖上，巖石質量比較差，同時完整度也不是很好。因此從上述調查我們可以發現在井田中頂板的K2灰巖質量相對比較好，底板泥巖的穩固性相對比較差。

2.15號煤層堅硬頂板預裂軟化技術的具體探究

因為在用一般方法進行采煤的過程中，會使得采空區產生大面積懸頂的空區，這對于頂板比較堅硬的一般煤田來說并沒有關系。但是由于15號井田部分泥巖性能比較差，會發生瞬間垮塌的危險，因此我們現在設計了一種新型的預裂軟化技術來對15號煤層進行開采。

在巖石爆破機理研究過程中，一般情況下我們可以認為是爆炸所產生大量氣體聚集導致的壓強變化，最終使巖石破裂。但是這種方法一般只適用于整體性比較好的巖石，對于15號井田我們設計的新型的采集方法主要以爆破產生氣體為主。因此，現在的新型技術就是通過人為的方法來破壞頂板的整體性，從而減小頂板大面積垮落發生的可能性。通過爆破弱化的方法來人為的將頂板進行切斷，從而從根本上減少了煤層頂板坍塌的可能性。

(1)預裂爆破的目的

那么，在進行采煤的過程中，為什么需要進行預裂爆破，因為在煤礦生產的過程中頂板事故所占的比例比較大，對于那些煤層頂板比較堅硬的井田，盡管在采煤的過程中會使整個頂板變得比較薄弱，由于煤層的工程性能比較好，因此發生危險的概率比較小。盡管這樣，也不乏會有一些煤層由于頂板不牢固，而使得采空區頂板大面積進行坍塌，從而造成人員和設備的損傷。不僅如此，在頂板發生坍塌的時候更容易產生一些瓦斯，如果沒有及時的處理好，會導致瓦斯重大事故。因此我們進行預裂爆破是為了有效的防止工作面堅硬板災害事故，預防事故發生。同時對于這種頂板的工程性能比較差的井田，則更需要進行頂板的預裂爆破。這樣才能破壞頂板的整體性，人為的控制頂板的儲能條件，從而減小沖擊地壓的發生。

(2)巖石爆破損傷斷裂的機理

在巖石爆破過程中，炮孔的周圍區間可以分為三個區域。爆破禁區，爆破中區以及爆破遠區。在爆破的作用下，由于大量氣體的產生，會導致巖石分為以下的兩種階段，第一種是因為由爆炸力所產生的巨大沖擊波使整個頂板產生宏觀的碎裂。第二種就是由于爆破氣體的沖壓，使得原本已經產生的宏觀裂變又發生二次擴展。一般來說，爆炸產生的沖擊波只能使得比較堅硬的巖石產生肉眼看見的裂縫，而在爆炸后所產生的巨大氣體則會使得原本已經分裂開的巖石進行緩慢的二次擴展。

3.堅硬頂板預裂軟化技術的規劃方案

由于許多井田的頂板比較堅硬，強度比較高，基本上不會出現自然裂縫，這說明了井田的頂板整體性比較好，而且有較強的自我恢復能力。因此我們打算在頂板上打雙排眼，每排眼排距大概在1.5m左右，并且在需要開采的工作面兩端各打上炮眼。在需要采取的工作面上安裝將近上百個炮眼。在每個炮眼處裝好需要爆破的炮彈后，每隔3-5m左右進行連線和爆破。同時，為保證安全的進行爆破，我們打算每次同時起爆2個炮眼，進行分步起爆。在爆破工作進行之前，需要將相關人員進行疏散并保持空氣的流通，防止意外事件的發生。

4.施工安全技術方面的舉措

(1)鉆機施工的安全注意事項

①在現場的工作人員需要嚴格的按照工作流程進行爆破工作，不可私自進行，同時在進行交接工作的時候，需要每個人把所需工作部分全部交接完畢之后方可離開。

②在鉆機鉆進的過程中，現場工作人員應該實時觀察所挖掘井田的巖石質地變化情況。如果發現巖石發生了變化，工作人員應該及時調查情況，如果情況十分危急則必須阻止本次挖掘的繼續進行。

③在進行挖掘工作的時候，工作人員應該穿著整齊，并且扎緊身上衣服的通風處，防止在工作的時候鉆機發生意外將衣服卷進旋轉部位而導致危險事故的發生，同時在進行工作的時候，需要工作人員時時刻刻的注意鉆機的定位情況，如果鉆機發生松動等危險的情況應及時調整或者停止工作。

(2)工作面頂板的管理

在煤礦的開采過程中，會有一些特殊的工作面板，它們比較堅硬，這樣的面板可以更好的安裝鉆機，讓整個開采的難度變小。但是這種比較堅硬的頂板有利也有弊。如果一旦發生坍塌事件，那么其危險性極高。因此在堅硬頂板的情況下，我們需要保證整個工作平面的完整性，只有這樣才能保證整個開采過程中所有工作人員的安全。

圖1 綜合機械化采煤工作面

(3)加強對于瓦斯及煤塵的管理

我們在采掘的工作過程中，應該及時的進行通風處理，而且在每個通風區都應該設立檢測點，每隔2-3天左右檢查一下瓦斯含量，并且派遣專人去定期維護通風設施，保證在工作的過程中通風設施可以正常的運行。如果在進行采掘的過程中發現通風設施停止進行，或者是在工作的過程中發現瓦斯含量超標，所有的工作人員應該立即停止采掘，并且以最快的速度撤出工作范圍到達安全的地方。

5.結束語

15號井田煤炭資源儲量豐富，但是由于各個區域的地質條件復雜和地殼結構變化，開采難度會相對困難，這種新的開采方式可以讓采礦工作更加的順利，加快開采效率。