综采面厚层坚硬顶板强制放顶技术研究

史红宇

（山西中阳钢铁集团中钢煤业公司，山西 吕梁 033400）

综采面厚层坚硬顶板强制放顶技术研究

史红宇

（山西中阳钢铁集团中钢煤业公司，山西 吕梁 033400）

通过对某矿21303高产高效工作面厚坚硬顶板切眼和两巷深孔预裂爆破参数的合理设计，观察分析工作面强制放顶后采空区后方矸石的堆积冒落情况，得出强制放顶技术为该工作面的安全生产提供了保障。

综采面；坚硬顶板；预裂爆破参数

某矿21303工作面是高产高效综采面，该工作面的顶板既无伪顶又无直接顶，而是直接覆盖平均为24.35 m的坚硬砂岩基本顶，在开采的过程中初次垮落来压和矿压显现剧烈，该矿井在开采过程中发生过安全事故。为了确保该工作面初次来压期间的岩层控制和开采安全的需要，本文以21303工作面的大厚度坚硬砂岩顶板为例，介绍了预爆破强制放顶工艺和矿压显现规律。

1 工作面概括

该工作面煤层赋存深度57～148m，平均100 m，工作面的长度240m。采用综合机械化采煤法，采高3.2 m。煤层顶板第一层为灰白色中粒砂岩，石英为主，长石次之，分选差，厚度9.74 m，岩石质量指数（芯长/层厚之比）60.2%；第二层为灰色粉砂岩，水平层理，含少量植物化石，见云母碎屑，夹细粒砂岩薄层，厚度9.34 m，岩石质量指数89.9%；第三层为灰色细粒砂岩，波状层理，含少量植物化石，泥质胶结，厚度5.54 m，岩石质量指数93.9%；顶板各类砂岩的总厚度24.35m。

2 初次来压期间初次放顶方案设计基本原则

一是以21303工作面的顶板结构条件、开采条件为依据，借鉴以往该矿处理坚硬顶板的预裂爆破设计经验，研究设计最佳的初放顶板处理方案。

二是21303工作面坚硬砂岩板处理，必须最大限度地符合顶板岩层的破断失稳运动与矿压显现规律，充分利用矿压显现规律以控制顶板岩层。

三是顶板处理高度的确定，应该满足充填矸石足够和坚硬顶板不再严重威胁工作面开采安全的双重要求。为此，采用处理3倍工作面采高范围内顶板岩层的原则。

四是拟采用切眼预裂断顶和两巷预裂断顶的联合处理方案，以增强顶板的处理效果。

五是两巷预裂断顶的处理，可采用双层扇形的钻孔布置方案设计，第一层孔底为第二层孔底高度之半。两巷预裂断顶的处理使用采前预裂爆破的方式。

六是两巷的断顶爆破既要保证初次来压处的顶板能顺利垮落，还要保证工作面开采到此位置时，不致发生端面机道顶板的漏冒事故，不影响正常回采，也就是必须保证炮眼爆破的影响区域不能破坏采场的下位顶板，根据经验，此值一般应为2m以上。

3 初次来压期间初次放顶施工方案设计

3.1 切眼顶板的深孔预裂爆破

（1）切眼顶板深孔预裂爆破的钻孔布置参数设计。由于21303工作面采高3.2m，按照3倍采高做为应该处理顶板的原则,则顶板高度为3.2×3=9.6 m，可按10 m高度设计和施工。采用靠近联巷侧距中线1 m处、孔间距10 m，平行切眼轴线呈“一字型”布置的布置方式，因顶板处理的垂直高度10 m，考虑到装药方便,采用33°的钻孔仰角，则切眼内爆破孔的长度为18.271 m,钻孔的水平投影为15.399m。选用钻头Φ90mm，则成孔直径为94mm。切眼顶板预裂爆破的钻孔布置简图，参见图1。

在切眼内235m范围内，进行深孔预裂爆破放顶，总共布置23个钻孔。

图1 切眼顶板爆破的钻孔布置图

（2）切眼顶板深孔预裂爆破的炮眼装药结构与参数设计。选用乳化炸药和药包（卷）规格为φ70mm×500mm。选用装药系数0.6，炮泥装填系数0.4，装药长度为10.962 m，炮泥长度7.308 m，每1 m炮眼装药量4kg，每孔总装药量为43.848kg。

雷管选用煤矿5段毫秒延期电雷管，采用小并联大串联的联线方式，即每个孔的2个雷管并联，而整个23个孔的雷管为大串联；起爆方式采用延期电雷管导爆索起爆，起爆器选用强力MFB-1000型。封孔的炮泥采用黄泥制作。炮眼采用连续偶合方式装药，采用双雷管，双导爆索引爆，其中一根导爆索延伸至炮眼底部，另一根导爆索与炮眼外侧第一个药包相连，每一根导爆索均采用雷管起爆，两个雷管在孔口并联连接，孔口炮泥用木塞固定。

装药前必须清净炮眼，用φ70mm×1500mm的木制炮棍将装有药卷、炮泥和导爆索的PVC管装入孔内。根据炮眼长度确定导爆索长度，导爆索只能用快刀快切，严禁冲击挤压，药包要推至孔底，装紧装实，黄泥要充填密实。

放炮采取分组方式，两组同时放；同组内炮眼采用延时起爆，分两个爆破段，每段延时25 ms，先起爆两端的两个炮眼，依次为中间的两个，最后起爆中间的两个眼。要求警戒距离和放炮安全距离不小于300m。

3.2 两巷顶板的深孔预裂爆破

（1）两巷深孔爆破的钻孔布置参数设计

在进行钻孔布置参数设计时，将钻机布置在切眼前方40m处，钻机高度定为1.5 m，从顶板处理效果和预爆破安全的角度考虑，底层孔距顶板最终高度7m；顶层孔距顶板的最终高度14 m，孔底均落在距巷道帮内50 m深度，钻孔与巷道轴线正交，巷道宽度5m，则可以建立如图2的钻孔布置参数为：

对于底层孔（即距顶板7 m高度的钻孔），仰角为17°。其钻孔长度L1为50.771m。

对于顶层孔（即距顶板14m高度的钻孔），仰角为17°。其钻孔长度L1为52.285m。

（2）两巷深孔爆破的钻机布置参数设计。钻机的高度1.5 m，巷道宽度按5 m计算，则半宽2.5 m，如依底层钻孔仰角10°，顶层钻孔仰角17°计算。为此，底层钻孔孔口距巷道底板的实际高度h为2.382m。

同理，顶层钻孔孔口距巷道底板的实际高度h为3.029m。

两巷深孔爆破的钻孔剖面布置及参数，见图2。

图2 两巷深孔爆破的钻孔布置剖面图

（3）两巷深孔爆破的炮眼装药结构与参数设计。对于两巷断顶的深孔爆破设计，除了此处特别设计和说明的外，其余和切眼爆破设计完全相同，在此仅设计装药结构。

选用装药系数为0.6，炮泥装填系数为0.4。

第一个底层炮眼的总长度为50.771m，故装药长度为30.463m，炮泥长度20.308m。每米炮眼装药量4kg，该孔总装药量为121.852kg。

第二个顶层炮眼的总长度为52.285m，故装药长度为31.371m，炮泥长度20.914m。每米炮眼装药量4kg，该孔总装药量为125.484kg。

4 强制放顶的现场应用效果

（1）理论估算的工作面堆矸高度9.2 m，超过采高3.2 m，支架上方还有6 m左右的矸石垫层，大约为采高的3倍左右，据此可以推断即使21303工作面的初次来压比较强烈，但对工作面支架冲击和人员安全影响不大，可以充分保障工作面的安全生产。（2）工作面目前推进到78.6m时，采空区冒落严实，支架的掩护梁以及架间均为矸石所充填，这样有效地隔断了工作面来压的飓风通道，减小了初次顶板来压时飓风的突然性威胁，据此可以判断工作面推进超过80～95 m，发生初次来压期间，飓风伤人的危险性几乎是不存在的。

5 结论

通过对21303工作面的大厚度坚硬砂岩顶板实施深孔预裂爆破的强制放顶技术，保证了工作面的安全生产，消除了飓风伤人的危险性。本文的研究成果对类似地质条件的工作面安全回采具有一定的理论意义和使用价值。

[1]赵秋贵，吴青伟.坚硬难放顶板的有效控制[J].煤炭技术，2000（19）.

[2]高森林.卢岭矿坚硬难冒落顶板管理探讨[J].矿业安全与环保，2001（28）.

[3]宫世文，张荪茗等.深孔欲裂爆破强制放顶技术的应用[J].煤矿安全，2007（38）.

Abstract:On the rational design of thick-hard roof cutting hole and deep-hole pre-split blasting parameters among the No.21303 working face with high production and efficiency,the author observed the roof piling-up and caving situation of gangue in mined-out areas after the compulsive roof cave-in and pointed out that the compulsive roof cave-in technology ensured the safety production of the working face.

Keywords:fully-mechanized mining face;hard roof;pre-split blasting parameter

编辑：刘新光

Research on Compulsive Roof Cave-in Technology of Thick-hard Roof in Fully-mechanized Mining Face

SHI Hong-yu

（Zhongyang Coal Co.,Shanxi Zhongyang Steel Group,Lvliang Shanxi 033400,China）

TD823.85

A

1672-5050（2010）08-0052-03

2010-08-06

史红宇（1969—），男，山西夏县人，本科，工程师，从事煤矿生产安全技术管理工作。

文章编号：1672-5050（2010）08-0017-04