15101 综采工作面初采顶板强制弱化分析

郝 权

（山西长治羊头岭北峙峪煤业有限公司， 山西 荫城镇 047100）

我国煤矿目前采煤方法多采用壁式开采，采空区处理多采用全部垮落法管理顶板。由于不同地区工作面的顶板岩性不同，硬度不同，同一地区，不同的矿井工作面顶板岩性也不同，同一矿井，不同工作面的顶板岩性也不同，因而不同工作面直接顶垮落的难易程度也不同，因此选择强强制放顶方法是至关重要的一环节。如果回采工作面采后顶板不易垮落或垮落的不完全，就会给工作面顶板管理带来极大的隐患，因此在回采顶板处理上方法是否得当，将严重影响回采工作面的安全。

1 工程概况

北峙峪煤矿是兼并重组矿井，开采15 号煤层，属低瓦斯矿井，15101 工作面为首采工作面，该工作面走向长度900 m，倾斜长度140 m，工作面中部有一条旧巷，与运输和回风顺槽基本平行，宽度约4.5 m，三条巷道都为锚网索支护，平均采高3.8 m，含0-2层夹矸，煤层倾角6°～8°，回采工艺采用综采一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。

直接顶为5～8 m 不等的K2 石灰岩，普氏系数f大于6，致密而坚硬。由于该工作面为首采工作面，直接顶初次垮落步距、老顶初次来压步距和周期来压步距都没有有效的基础数据科可供参考，但是我们的回采工作还的继续进行，为此，初采时进行强制放顶是唯一的选择。

2 强制放顶方法的选定

回采工作面采空区顶板弱化强制放顶的方法比较多，有利用高压二氧化碳膨胀法，有高压水渗透膨胀法，有爆破预裂法等，不管是采用哪一种方法，必须本着技术上可行，经济上节约，同时不污染井下环境，综合各方面的因素择优选择。

高压二氧化碳膨胀法就是在顶板上打深孔，装上套管，将高压二氧化碳导入，利用压力二氧化碳气体将岩体松裂，达到预裂的目的。这种方法投资大，易污染井下的空气。

高压水渗透膨胀法就是在顶板上打深孔，装上套管，将高压水引入钻孔，水流沿着岩石孔隙进入，将岩石膨胀碎裂。但是由于k2 石灰岩的孔隙率很低，水流很难浸透岩石，效果不是很好。同时经济负担也特别重。

爆破预裂法是在顶板上打深孔，装入炸药进行爆破，这是常用到的方法，这种方法投资小，效率高，技术上可行。该方法选择合理的地方掏槽，形成较大的自由面，然后连续爆破，将顶板强制预裂。建硬顶版一般楔形掏槽比较好。

3 顶板弱化处理施工设计

3.1 顶板处理高度确定

因为直接顶为5～8 m 的石灰岩，如果将这层石灰岩直接定全部强制放下来，就可以减小回采面初采时的矿山压力，所以确定放顶高度为向上8 m 的垂直高度。

3.2 初次放顶

3.2.1 切眼中放顶眼的布置

3.2.1.1 炮眼布置

1）掏槽方法。八眼对称楔形掏槽法具体见图1，即：八个眼两两一组，由浅入深，层层递进。在支架安装前，先将炮眼布置好，先在切眼内距采空区侧巷帮1 m 处顶板打眼，以中间旧巷为中心进行掏槽，为保证掏槽效果，掏槽眼一共布置四组（8 个），其中M 和M′一组，L 和L′一组，K 和K′一组，J 和J′一组，M 和M′最浅，J 和J′最深（垂直深度要大于8 m），其余炮眼向两顺槽方向依次布置，140 m 长的切眼共布置了26 个炮孔。

为保证爆破效果，依据爆破理论，深孔爆破孔径定为75 mm，封泥长度为炮孔长度的根据孔深和药量的大小进行计算，具体计算结果见表1。

图1 工作面炮眼布置平面图（m）

表1 切眼放项各炮眼参数与装药量表

3.2.1.2 爆破时间确定

在切眼未安装液压支架前进行打眼，在工作面从开切眼处开始推进1.2～2.4 m 时装药、联线和爆破。

3.2.1.3 炮眼 爆破

放炮使用MF-50 型起爆器，起爆顺序是从切眼的中部向两端，开始起爆8 个炮孔（M 和M′、L 和L′、K 和K′、J 和J′），然后左右间隔进行起爆，每次起爆4 个炮眼，整体实行为分组装药、分次起爆。一茬炮联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行（即4个炮孔串联，1 个炮孔内并联）。起爆炸顺序为：M、M′L、L′K、K′J、J′→I、H、G、F→I′、H′、G′、F′→E、D、C、B→E′、D′、C′B′→A→A′。

根据炮眼的深度和封泥的长度确定导爆索长度，然后用锋利的刀具割断，严禁用冲击方法砸断。

导爆索长度确定后，用炮棍把准备好的炮泥装入炮眼，开始几卷炮泥不得捣得过实，随着炮泥的逐卷推进，力度逐渐加大，一次推送炮泥不得超过2节。封泥时不得损伤导爆索。封孔分两次进行，第一次先封至距孔口1 m 处，第二次封孔时，将雷管、导爆索捆绑牢固后塞入孔内再封土，直到全部封满捣实，将外露雷管脚线扭结成短路，严禁将雷管与导爆索漏出黄土外。

为了确保炮眼内药包完全引爆，采用双雷管，双导爆索引爆，每一根导爆索均采用瞬发电雷管起爆，2 个雷管在孔外采用并联连接，放炮母线必须绝缘良好，并且悬空吊挂。

图2 为起爆药卷示意图；图3 为炮棍示意图；图4 为装药结构示意图。

图3 炮棍示意图

3.3 爆破所需设备和火工品（见图4 和下页表4）

图4 装药结构示意图

4 结语

壁式开采全部垮落法管理顶板，直接顶初次垮落是关键，由于各地煤层直接顶的岩性不同，有的坚硬而脆性大，有的坚硬而韧性大，有的岩石软等情况各异，这样不同硬度的直接顶初次垮落步距不同，对回采支架产生的压力就不同，由于支架的支撑力是一定的，如果采后直接顶坚硬不垮落，那么回采面的支架受压过载而卸液，甚至会压垮，或者采空区大面积空顶，压力瞬间释放垮落会产生巨大的冲击波，造成设备破坏，甚至导致人员伤亡，所以要根据顶板不同的岩性进行强制预裂，使顶板采后尽早自行垮落而充填采空区。对于爆破法强制预裂顶板而言，操作工艺简单，经济实惠，普遍受到人们的青睐，首采工作面采用这种方法强制预裂取得了良好的效果。

表4 爆破所需设备和火工品汇总表