6106 综放工作面端头放顶煤工艺优化研究与应用

王志根 郭志伟 丁志刚

（山西朔州山阴金海洋南阳坡煤业有限公司，山西 朔州 036900）

1 工程概况

南阳坡矿6106 综放工作面地面位置在山西省山阴县西北部马营乡山峡村北侧，埋深约245 m。6106 综放工作面可采长度660 m，工作面长110 m。煤层在采区范围内部发育完整，厚约11 m，煤层结构简单；煤层属坚硬煤层，煤层层理呈水平层理，节理发育不明显。煤层顶底板岩性情况见表1。6106 工作面采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤法，全部垮落法处理采空区顶板，工作面采高为3.2～3.5 m，放煤高度7.7 m。

6106 综放工作面顶板为坚硬、半坚硬型顶板，厚煤层，煤质坚硬，块度大，顶煤冒放效果不显著。传统端头区域的4 架过渡支架不放煤，降低了顶煤回收率。同时，在顶板完整的情况下，工作面矿山压力显现不够显著，也影响了放煤块度和放煤量，采空区残煤过剩，易造成采空区残煤自燃。针对上述问题，基于6106 综放工作面工程现状，采用弱支护深孔爆破耦合CO2分布式预裂松动的端头放煤工艺（如图1），提高了顶煤回收率，实现了资源高效回收及灾害防控的需求。

表1 煤层顶板岩性情况表

2 工作面两端头降压区放煤技术方案

2.1 CO2 致裂技术方案

CO2致裂工艺具有致裂坚硬顶板、松动端头顶煤作用，同时惰性气体可降低空气中氧气浓度，有效抑制采空区残煤自燃。根据6106 工作面切眼的布置情况，切眼强制放顶钻孔共布置28 个。两顺槽隅角各并排布置2 个钻孔KC，夹角45°，排距3 m，深度26 m；两出口向外靠近采区帮17 m 之内各布置4 个KB2 致裂孔，钻孔深度为26 m，钻孔排距3 m；其中KB1 致裂孔各布置2 个，每个炮孔夹角45°，在切眼两隅角向里延伸各5 m 位置；靠进老塘1 m 位置开始布置KA 致裂孔各6 个，排距30 m，炮孔直径65 mm。6106 工作面致裂孔切顶示意图如图2。

图1 弱端头支护深孔爆破耦合CO2 分列式预裂松动综放工作面端头放顶煤工艺示意图

图2 6106 工作面致裂孔切顶示意图

2.2 深孔爆破技术方案

利用现有巷道，施工爆破切顶拟在6106 工作面运输顺槽及回风顺槽中进行。沿6106 工作面推进方向布置爆破孔，切断煤柱侧的顶板，使其随着6106 工作面的回采顶板垮落，在煤体上形成的悬臂梁顶板结构发生断裂，减小采动应力，松动顶煤。

初次切顶爆破孔布置在距切眼煤壁40 m 处，沿着工作面推进方向每间隔10 m 布置一个，各炮孔均与工作面平行，仰角为60°～70°，终孔位置为6106 工作面基本顶位置。炮孔爆破时孔底离工作面煤壁距离不小于30 m。具体炮孔布置如图3。根据6#煤层顶板的地质和岩性条件，确定炮孔半径为45 mm，药卷半径为38 mm，采用不耦合装药形式。具体炮孔和装药量参数见表2。

图3 6106 工作面炮孔布置平面图

表2 炮眼参数与装药量表

2.3 工作面端头放煤工艺

端头区放煤工艺应采用由工作面里侧向端头区侧顺序放煤的方式，以易放煤区和较易放煤区（2架排头支架范围）放煤为主，放煤步距0.80 m，2～3 轮放煤。

3 矿压显现规律

在6106 工作面两端头的过渡架上布置压力监测装置，监测工作面推进过程中的端头压力变化状况，如图4。在整个观测过程中，工作面向前推进了120 m，在推进过程中将前60 m 不进行端头致裂放煤，在后面60 m 推进过程中进行端头致裂放煤。通过对比工作面端头不放煤与放煤时矿压变化，可发现：

（1）端头放煤与端头不放煤顶板来压步距基本一致，平均为15 m，端头放煤对来压步距影响不大；

（2）端头放煤时的支架压力普遍较不放煤时升高，增加了约4%～6%，矿压显现也较不放煤时剧烈，但是其影响在现有支护条件下能够保证安全，在某些压力显现强烈的区域则需要加强支护。

此外，基于数值模拟软件及现场监测，研究了端头致裂放顶煤和端头不放顶煤时的顶板压力及运动规律，得出端头放煤与不放煤时，端头的基本顶结构没有发生大的变化，只是下沉量有所增加，矿压显现更加强烈。

图4 6106 工作面端头过渡支架压力监测曲线

4 效果评价

工艺优化后的工业性试验期间工作面矿压现场实测表明，工作面端头致裂放煤降低了顶板的完整性，使得顶板破坏区域化，有效降低了顶板整体破断带来的剧烈矿压显现风险，降低了支护设备风险。端头支架的矿压有一定的增加，但仍在现有支护装备的适应条件范围，能够保证安全，仅在某些压力显现强烈的区域需要加强支护。

6106 综放工作面端头预裂放煤工艺实现增产7.855 万t，直接创造经济效益约2 042.23 万元，在提高工作面原煤回收率的同时，降低了工作面采空区的自然发火风险，延长矿井服务年限，可为相似综放工作面提供一定的参考。