综采工作面坚硬顶板管理

张艳军

(太原市明仕达煤炭设计有限公司，山西 太原 030001)

·技术经验·

综采工作面坚硬顶板管理

张艳军

(太原市明仕达煤炭设计有限公司，山西 太原 030001)

针对井田内煤层顶板坚硬、难冒落的特点，介绍了爆破放顶和压力注水弱化顶板两项措施，通过对两种处理坚硬顶板的效果及优缺点比选，提出了适合同晟达煤业公司的最优顶板管理方法，可为具有该类顶板的矿井在顶板控制方面提供一定的参考和借鉴。

坚硬顶板;爆破放顶;压力注水

山西煤炭运销集团同晟达煤业有限公司井田位于乡宁县北东约30 km双鹤乡蝉峪河村至光华镇坪坡村一带。井田内10#煤层位于太原组下段顶部，厚度为1．29 ～2．90 m，平均厚度为 2．46 m。采煤方法为综合机械化一次采全高。矿井属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险性，煤层自燃倾向性为自燃煤层。

10#煤层直接顶板为K2石灰岩，厚度为0．85～4．35 m，平均厚度为 2．35 m，单向抗压强度 38 MPa，单向抗拉强度1．78 MPa。K2石灰岩质地坚硬，岩石层理、节理和裂隙不发育，完整性和连续性好，不易垮落，采后采空区内的直接顶悬露面积增大，当采空区顶板大面积瞬间垮落时，极易形成暴风和冲击地压，造成人员伤亡和设备损坏，更严重的问题是容易造成采空区大量瓦斯瞬间涌出，引发矿井瓦斯爆炸等灾害事故，给矿井安全生产带来隐患。因此，必须对顶板进行处理，改变顶板岩石的物理力学性质，缩短回采工作面顶板初次来压步距，减小采空区悬顶面积，尽快充填采空区，是防止回采工作面坚硬顶板大面积垮落造成灾害的关键。

1 坚硬顶板弱化处理的各种方法

以前国内外管理坚硬顶板的比较成熟的方法主要有两种:一种是采用煤柱支撑法、采空区充填法维持顶板稳定不冒，安全采出煤炭;另一种是采取爆破放顶、压力注水弱化顶板法促进和改善顶板冒落，安全维护采场空间。但随着综合机械化矿井的发展和对提高煤炭资源回收率的要求，现已基本采用长壁冒落法管理顶板，因此，采用行之有效的顶板弱化方法就显得尤为重要。

1．1 压力注水软化坚硬顶板

1．1．1 压力注水方法

1)顶板高压注水。顶板高压注水是从工作面进、回风顺槽根据工作面长短及注水效果，按单巷或双巷通过钻机向煤层顶板打注水钻孔，通过注水泵加压向顶板钻孔注水。通过高压注水对顶板进行软化，并通过水的压力像楔子一样迫使岩石孔洞和裂隙加大，降低岩石的黏结力，破坏岩石的连续性和完整性结构。本方法适用的条件是煤层顶板岩石的吸水性较强，且通过加压注水后能使岩石的强度明显减弱。

2)顶板静压注水。顶板静压注水也是从工作面进、回风顺槽根据工作面长短及注水效果，通过在单巷或双巷内布置钻机向煤层顶板打注水钻孔，水源可利用从工作面顺槽内消防洒水管接出的注水管向顶板钻孔静压注水。本方法适用的条件是煤层顶板岩石的吸水性特强，且通过静压注水后能使岩石的强度明显地减弱。

1．1．2 顶板软化效果

通过压力注水，可以溶解岩石中部分矿物质，降低了岩石内部的黏结力，增加了岩石内部的孔隙和裂隙，达到了软化岩石的目的。回采后，采空区顶板岩层的初次来压及周期来压步距缩短，悬露的顶板面积减少，减弱了采空区顶板垮落时的冲击载荷。

1．1．3 适用条件

该方法对吸水性强的坚硬岩层比较适用，但不宜用在受地质构造破坏剧烈地方。

1．2 爆破放顶弱化坚硬顶板

1．2．1 爆破方法

爆破放顶弱化坚硬顶板是通过钻孔装药爆破的方法人为地强制折断顶板岩层，在采场压力和顶板岩层自重的综合作用下，使采空区顶板岩层能及时地在短距离、小范围内垮落，既及时释放了采场压力，减少了冲击载荷，又可通过垮落的矸石垫层减弱顶板垮落时产生的空气冲击波及风暴。

爆破放顶弱化坚硬顶板的方法主要有:

1)循环式浅孔爆破。具体做法是每隔2个工作面循环作业，在工作面切顶线附近对采空区侧顶板布置1排2．0 m深的浅钻孔爆破，在爆破的冲击和振动作用下，破坏顶板的连续性和完整性，使采空区顶板在采场压力作用下能及时垮落。优点:可以及时、有效、可靠地控制顶板来压强度;缺点:频繁地爆破放顶影响了工作面正规循环作业，降低了工作面产能效率，而且在工作面切顶附近爆破作业存在安全隐患。

2)步距式深孔爆破。具体做法是在顶板初期来压和周期来压前，在工作面切顶线附近对采空区侧顶板布置2排孔深6 m钻孔爆破，爆破后在顶板内形成一道很深的切断顶板的沟槽，使顶板岩层沿沟槽立刻折断垮落，避免顶板大面积来压垮落造成灾害。此方法的优缺点同循环式浅孔爆破。

3)超前深孔松动爆破。具体做法是超前工作面一定距离，在工作面进、回风顺槽巷道内(或顶板岩巷内)，垂直工作面煤壁，向煤层顶板按一定间距布置2排扇形钻孔爆破，预先破坏和松动顶板岩层的连续性和完整性，当工作面采过后，顶板岩层在自重和采场压力综合作用下随采随落，减少了顶板来压时对工作面的威胁。优点:对回采工作面正常生产影响很小，并可有效减少和控制顶板来压步距;缺点:爆破炸药用量大，污染井下空气。

1．2．2 适用条件

该方法对地质条件和技术条件适应性强，所需专用设备少，见效周期短，对减缓大面积来压效果非常明显。但不宜使用在煤质比较松软和直接顶板比较破碎的煤层。

2 有顶板处理方法的比较

顶板采用注水软化前必须进行顶板岩层浸水试验，只有经过顶板岩层浸水试验后，顶板强度降低效果明显，才能采用注水软化的方法。根据地质勘探报告岩芯取样分析，该矿10#煤层顶板K2石灰岩致密坚硬，层理、节理和裂隙不发育，而且通过浸水试验表明，其吸水性差。此外，压力注水软化顶板效果的周期很长。故压力注水软化顶板的方法不适合该矿。

强制放顶则对岩层条件适应强，见效周期短，可靠性高，而且影响工作面正常生产作业较小，有利于工作面稳产高效。

根据爆破放顶几种方法的优缺点比较，该矿10#煤层顶板处理方法优选超前深孔松动爆破预处理。超前深孔松动爆破可以分为进、回风顺槽巷道内深孔松动爆破和顶板岩巷内深孔松动爆破。顶板岩巷内深孔松动爆破在综采放顶煤工作面应用的相对较多。其优点是不影响工作面正常生产、炮孔利用率高，缺点是增加开采成本。进、回风顺槽巷道内深孔松动爆破虽存在影响工作面正常生产问题，但影响范围较小，而且不需额外专门掘进工艺巷道就可以进行深孔松动爆破作业。因此，通过技术经济比较，在工作面进、回风顺槽巷道内进行深孔松动爆破属优选方案。

3结语

综上坚硬顶板各种处理方法的优缺点比较分析，该矿10#煤层坚硬顶板处理采用在进、回风顺槽巷道内超前深孔松动爆破的方法，使其采后能够自行垮落，减少采空区顶板来压步距和来压强度，从而保证了矿井安全、可靠、高效生产。

［1］靳钟铭，徐林生．煤矿坚硬顶板控制［M］．北京:煤炭工业出版社，1998:58－61．

［2］ 周维恒．高等岩石力学［M］．北京:水利电力出版社，1990:97－103．

［3］钱鸣高．矿山压力及其控制［M］．北京:煤炭工业出版社，1994:132－135．

Hard Roof M anagement of Fully M echanized Coal M ining Face

Zhang Yan－jun

According to the characteristics which the roof of coal seam in mine field is hard and the caving is difficult，introduces two measures of the blasting caving and weakening roof by pressure water injection．Through comparing and selecting the effects and advantages and disadvantages to two kinds of processing hard roof，puts forward the optimal roof management method of suitable for Tongshengda coal company，can offer some reference for the roof control in this kind roof of the mine．

Hard roof;Blasting caving;Pressure water injection

TD823．85

A

1672－0652(2012)09－0035－02

2012－07－30

张艳军(1980—)，男，山西太原人，2003年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿工程设计工作(E －mail)sxtymsd@163．com