综采工作面上下隅角强制放顶技术实践

陈军民

(山西汾西正善煤业有限责任公司，山西 孝义 032300)

1 矿井概述

61123保护层工作面井下位于三采区北翼，北面距井田边界煤柱线370 m，南面为三采开拓大巷,东面为3201工作面(已采)，西面为3205工作面(已掘)，下方为61123工作面，工作面盖山厚度为668 m～743 m。工作面开采砂质泥岩，位于2号煤层上部，距2号煤层间距12 m,岩层倾角1°～10°，平均6°左右，灰黑色，遇水膨胀，含植物根部化石，普氏硬度为2，抗压强度为20.2 MPa。61123保护层工作面预计绝对瓦斯涌出量为12.24 m3/min(抽采量为8.04 m3/min，风排量为4.2 m3/min)。

61123保护层工作面，工作面实测走向长1 160 m，倾斜长71 m，由运输巷、材料巷、切割巷构成完整的生产系统，运输巷与材料巷方位为0°，切眼垂直于两巷，方位为90°。材料巷与三采东翼回风巷、三采东翼轨道巷，构成回风、行人、运料系统；运输巷与三采东翼轨道巷通过溜煤眼与三采东翼皮带巷联通，构成进风、行人、运岩系统。工作面采用全部垮落法管理顶板，选用ZY4000-08/18L型掩护式液压支架作为基本架(46架)，ZY3200-12/29型掩护式液压支架作为排头架(4架)，共50架。

2 运巷下隅角顶板震动爆破

当运巷下隅角落山顶板垮落不充分时，在运巷端头支护切顶线南侧采用震动爆破方式强制放顶。

2.1 参数确定

通过改变震动爆破施工孔深、孔排距、孔间距、单排孔数、单孔装药量，观测上隅角顶板垮落效果，具体见表1。

表1 61123运巷中深孔爆破放顶阶段施工情况

随着中深孔爆破炮眼施工排距和孔间距的缩小、单孔装药量的增加，顶板预裂效果越来越好，悬顶面积逐步减小。但孔深则需要与直接顶厚度相同时，效果则最佳。

当孔深为2.5 m时，排距为2.0 m，间距为0.5 m，角度(与采空区方向水平夹角)为75°，单孔装药量为0.6 kg，炮眼布置长度为巷道断面的80%时，下隅角悬顶面积小于4 m2，顶板垮落充分，达到了顶板垮落充分且经济的最佳效果。

2.2 爆破钻孔施工

1) 提前在运巷超前支护范围内由北向南逐排施工爆破钻孔。钻孔垂直巷道布置呈一条直线，钻孔朝向0°方位角，倾角为75°，钻孔间距500 mm(东侧边眼距帮300 mm)，排距2 000 mm。

2) 使用钻机配合直径为42 mm的专用钻头，按照上述钻孔参数要求施工，钻进深度为2 500 mm，准确操作钻机，保证成孔平直度。

2.3 震动爆破施工

1) 顶板震动爆破作业仅在切顶线往北300 mm～500 mm范围内进行。

2) 爆破前，对端头支护、超前支护和1#～15#支架进行二次加压。要求：端头及超前支护支柱压力不小于11.4 MPa，支架初撑力不小于24 MPa。

3) 震动爆破效果剧烈时，要及时减少炸药数量。

3 材巷强制放顶措施

3.1 材巷上隅角破碎剂预裂顶板

当材巷上隅角落山顶板垮落不充分时，在材巷端头支护范围至50#支架以南0 m～6 m范围内，采用充填破碎剂的方法预裂顶板。

1) 参数确定

通过改变破碎剂施工孔深、孔排距、孔间距、孔角度，观测上隅角顶板垮落效果，具体如表2。

表2 61123材巷高效无声破碎剂阶段施工情况

随着破碎剂孔施工排距和孔间距的缩小，顶板裂缝越来越明显，预裂顶板效果越来越明显，悬顶面积逐步减小。

当孔深为2.0 m，排距为2.0 m，间距为0.25 m，角度(与采空区方向水平夹角)为75°时，上隅角悬顶面积小于4 m2，达到了顶板垮落充分的最佳效果。

2) 钻孔施工

在材巷超前支护内由北向南逐排施工破碎剂钻孔。钻孔垂直巷道布置，朝向0°方位角，倾角为75°，孔间距250 mm，孔径42 mm，孔深2 500 mm，排距2 000 mm(预裂效果不明显时及时缩小排距为1 000 mm)，每排钻孔布置呈一条直线。钻孔要求布置满瓦抽管影响外的其他区域，东侧钻孔距帮不大于300 mm，钻孔间排距误差不超过30 mm。

3) 浸泡

先将破碎剂干料装入宽为55 mm，长度为300 mm的阻燃抗静电纤维袋中，再将一个操作循环所需要的药卷浸入水中直至停止冒气泡(水灰质量比为1∶4)，从水中取出等待充填。

4) 充填

自西向东逐孔进行充填。单孔充填时，将药卷逐根密实地装填到孔中并分别捣实。装药深度为孔深的95%，孔口使用破碎剂潮料封实。浸泡后的破碎剂必须在10 min内充填至孔内。

3.2 材巷超前支护内切缝爆破

1) 顶板切缝钻孔施工

沿材料巷顶板准确标出各钻孔位置，从材料巷切顶线以南10 m处开始由北向南施工切缝孔。钻孔距材巷西侧帮700 mm(受瓦斯抽放管路影响时，可适当整体向东调整300 mm～500 mm)，垂直于水平面向上施工，并顺巷道布置成一条直线，钻孔间距500 mm。使用钻机配合直径为48 mm的专用钻头，按照上述钻孔参数要求施工，钻进深度为6 000 mm。

2) 顶板切缝爆破施工

切缝爆破施工位置仅在距离工作面切顶线10 m～20 m的超前支护范围内进行。在施工完的爆破钻孔中安装BTC-1500型聚能管，外径42 mm，内径36.5 mm，管长1 500 mm，每钻孔安装3根聚能管，聚能管捅到孔底。

4 其他措施

1) 两巷顶锚杆螺母、托盘及锚索锁具按照作业规程要求回收完全，材巷非采煤侧帮锚杆要在端头支护范围内，由北向南逐排进行回收，确保回收完全。

2) 在回收帮锚杆过程中出现片帮时，采用单体支柱配合∏型梁(长度为600 mm)支设贴帮柱，∏型梁顺巷帮布置，支柱距帮100 mm，柱距为1 000 mm。

5 结语

61123保护层工作面顶板为砂岩，在工作面推进过程中顶板难以垮落，通过采取上述措施，根据现场观测记录，工作面上、下隅角顶板最大悬顶面积为4 m2，解决了工作面上、下隅角难以垮落的局面，防止了工作面瓦斯积聚，为工作面的安全生产提供了有力保障，也为具有类似地质条件工作面的强制放顶提供了技术借鉴。