综放工作面初次来压前强制放顶研究

张振龙 常少锋 崔振东

(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司，山西 晋城 048003)

1 概况

大阳煤矿3405综放工作面北部为四采区实体煤（未开采），南部与3404工作面（已回采）以30m的保安煤柱相隔，东起四采区轨道巷，西至井田边界。3#煤层结构复杂，硬度f=3，倾角0°～15°，平均厚度5.72m，工作面走向长1296m。煤层直接顶为4.3m厚的砂质泥岩和黑灰色细砂岩，基本顶为8.8m的细砂岩和粉砂岩，比较坚硬。根据以往的开采经验，由于该煤层推采后顶板不易垮落，必须预先确定初次来压、周期来压步距和爆破参数，当工作面来压以前，采取预裂爆破的方式对工作面进行强制放顶。

2 来压步距的确定

2.1 初次来压步距

由于该工作面两顺槽均处于实体煤中，可将工作面基本顶视为固支梁，采用断裂计算方法，运用式（1）计算基本顶的极限垮距：

式中：

LT-基本顶初次来压步距，m；

RT—基本顶抗拉强度，该矿取RT=1.3～2.4MPa；

h-基本顶厚度，取8.8m；

q-基本顶上覆岩载荷，包括基本顶自身，根据式（2）及材料力学，确定该工作面q值为200kPa；

式（2）中：

E-各岩层的弹性模量，MPa；

n-岩层数；

h-各岩层的厚度，m；

γ-各岩层的容重，kg/m3。

代入式（1），可求出固支梁破断时的极限垮距LT=31.7～43m。

2.2 周期来压步距

周期来压步距可按基本顶的悬臂式折断来确定，采用（3）式进行计算：

确定基本顶周期来压步距为13～17.6m。邻近煤层的基本顶或者更上方某层岩层，以及岩层的属性发生变化都可能对周期来压步距造成一定影响，从而使得工作面周期来压步距发生一定变化。

2.3 强制放顶距的确定

采取爆破的方式对工作面进行强制放顶，使工作面基本顶提前冒落形成矸石垫层，从而减弱顶板压力和垮落时产生的冲击载荷。确定合理的强制放顶距应在周期来压步距和初次来压步距之间，这样对工作面造成的影响较小。由于基本顶的初次来压步距为31.7～43m，周期来压步距为13～17.6m，因此当工作面推进13～17.6m时，可实施强制放顶。

3 爆破参数

3.1 放顶高度

根据实践经验，采空区中矸石充填达到采空区和放顶高度之和的2/3，就可很大限度降低冲击载荷和避免形成暴风。放顶高度可按下式计算:

式中：

H-放顶高度，m；

Kp-岩块的碎胀系数，取1.3；

M-采高，取5.8m。

代入（4）式，计算得出放顶高度应该在大于等于9.2m即可保证基本顶平稳来压。

3.2 炮眼参数

在同等装药量情况下，合理的炮眼长度是保证爆破取得良好效果的前提，炮眼长度可按照下式计算：

式中：

H-为放顶高度，由（4）式中已确定为9.2m；

n-炮眼利用率，取90%；

α-炮眼倾角，为方便施工仰角取55°。

经式（5）计算，可得炮眼长度为12.48m。

为了增强爆破效果，保证切眼内炮眼垂直高度全部穿过基本顶，且爆炸力作用于基本顶，取炮眼长度的1.3倍，因在2.4m的顶煤下开始打眼，则取炮眼长度为18.6m。炮眼布置剖面图见图1。

图1 炮眼布置剖面图

3.3 装药要求

采用三级煤矿许用乳化炸药（Ф60×480mm，1.5kg/卷）、煤矿许用瞬发电雷管、煤矿许用导爆索。第一卷引药安装之前，首先将2根导爆索插入火药内250～350mm，然后用胶带把2根导爆索和药卷缠好制成起爆药卷，导爆索包裹起爆药卷的长度不低于250mm。导爆索及药卷安装见图2，炮孔布置图见图3。

图2 导爆索和药卷安装图

图3 炮孔布置图

用捣炮棍把起爆药卷逐次装入，每次装药不超过3卷。装药过程中操作人员要避免炮棍将导爆索挤断或带入炮孔内，装药过程中应正确使用炮棍，往下拉时应拉连接在炮头处的钢丝绳，不能硬拉炮棍，避免将炮棍连接处折断。严格按装药结构图进行装药（装药结构见图4）。

炮眼炮泥封孔至距孔口1.2m处时，轻轻压实炮泥，进行最终封孔。

图4 装药结构图

爆破时，采用FD-150型发爆器，逐个装药，逐个起爆。

4 爆破效果

爆破完成之后，通过采用矿用钻孔成像仪对预裂爆破预留孔观察，裂隙明显，起到了强制切顶的目的，有效降低了工作面初次来压的强度，保证了工作面的安全回采。