綜采面厚層堅硬頂板強制放頂技術研究

史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團中鋼煤業公司，山西 呂梁 033400）

綜采面厚層堅硬頂板強制放頂技術研究

史紅宇

（山西中陽鋼鐵集團中鋼煤業公司，山西 呂梁 033400）

通過對某礦21303高產高效工作面厚堅硬頂板切眼和兩巷深孔預裂爆破參數的合理設計，觀察分析工作面強制放頂后采空區后方矸石的堆積冒落情況，得出強制放頂技術為該工作面的安全生產提供了保障。

綜采面；堅硬頂板；預裂爆破參數

某礦21303工作面是高產高效綜采面，該工作面的頂板既無偽頂又無直接頂，而是直接覆蓋平均為24.35 m的堅硬砂巖基本頂，在開采的過程中初次垮落來壓和礦壓顯現劇烈，該礦井在開采過程中發生過安全事故。為了確保該工作面初次來壓期間的巖層控制和開采安全的需要，本文以21303工作面的大厚度堅硬砂巖頂板為例，介紹了預爆破強制放頂工藝和礦壓顯現規律。

1 工作面概括

該工作面煤層賦存深度57～148m，平均100 m，工作面的長度240m。采用綜合機械化采煤法，采高3.2 m。煤層頂板第一層為灰白色中粒砂巖，石英為主，長石次之，分選差，厚度9.74 m，巖石質量指數（芯長/層厚之比）60.2%；第二層為灰色粉砂巖，水平層理，含少量植物化石，見云母碎屑，夾細粒砂巖薄層，厚度9.34 m，巖石質量指數89.9%；第三層為灰色細粒砂巖，波狀層理，含少量植物化石，泥質膠結，厚度5.54 m，巖石質量指數93.9%；頂板各類砂巖的總厚度24.35m。

2 初次來壓期間初次放頂方案設計基本原則

一是以21303工作面的頂板結構條件、開采條件為依據，借鑒以往該礦處理堅硬頂板的預裂爆破設計經驗，研究設計最佳的初放頂板處理方案。

二是21303工作面堅硬砂巖板處理，必須最大限度地符合頂板巖層的破斷失穩運動與礦壓顯現規律，充分利用礦壓顯現規律以控制頂板巖層。

三是頂板處理高度的確定，應該滿足充填矸石足夠和堅硬頂板不再嚴重威脅工作面開采安全的雙重要求。為此，采用處理3倍工作面采高范圍內頂板巖層的原則。

四是擬采用切眼預裂斷頂和兩巷預裂斷頂的聯合處理方案，以增強頂板的處理效果。

五是兩巷預裂斷頂的處理，可采用雙層扇形的鉆孔布置方案設計，第一層孔底為第二層孔底高度之半。兩巷預裂斷頂的處理使用采前預裂爆破的方式。

六是兩巷的斷頂爆破既要保證初次來壓處的頂板能順利垮落，還要保證工作面開采到此位置時，不致發生端面機道頂板的漏冒事故，不影響正常回采，也就是必須保證炮眼爆破的影響區域不能破壞采場的下位頂板，根據經驗，此值一般應為2m以上。

3 初次來壓期間初次放頂施工方案設計

3.1 切眼頂板的深孔預裂爆破

（1）切眼頂板深孔預裂爆破的鉆孔布置參數設計。由于21303工作面采高3.2m，按照3倍采高做為應該處理頂板的原則,則頂板高度為3.2×3=9.6 m，可按10 m高度設計和施工。采用靠近聯巷側距中線1 m處、孔間距10 m，平行切眼軸線呈“一字型”布置的布置方式，因頂板處理的垂直高度10 m，考慮到裝藥方便,采用33°的鉆孔仰角，則切眼內爆破孔的長度為18.271 m,鉆孔的水平投影為15.399m。選用鉆頭Φ90mm，則成孔直徑為94mm。切眼頂板預裂爆破的鉆孔布置簡圖，參見圖1。

在切眼內235m范圍內，進行深孔預裂爆破放頂，總共布置23個鉆孔。

圖1 切眼頂板爆破的鉆孔布置圖

（2）切眼頂板深孔預裂爆破的炮眼裝藥結構與參數設計。選用乳化炸藥和藥包（卷）規格為φ70mm×500mm。選用裝藥系數0.6，炮泥裝填系數0.4，裝藥長度為10.962 m，炮泥長度7.308 m，每1 m炮眼裝藥量4kg，每孔總裝藥量為43.848kg。

雷管選用煤礦5段毫秒延期電雷管，采用小并聯大串聯的聯線方式，即每個孔的2個雷管并聯，而整個23個孔的雷管為大串聯；起爆方式采用延期電雷管導爆索起爆，起爆器選用強力MFB-1000型。封孔的炮泥采用黃泥制作。炮眼采用連續偶合方式裝藥，采用雙雷管，雙導爆索引爆，其中一根導爆索延伸至炮眼底部，另一根導爆索與炮眼外側第一個藥包相連，每一根導爆索均采用雷管起爆，兩個雷管在孔口并聯連接，孔口炮泥用木塞固定。

裝藥前必須清凈炮眼，用φ70mm×1500mm的木制炮棍將裝有藥卷、炮泥和導爆索的PVC管裝入孔內。根據炮眼長度確定導爆索長度，導爆索只能用快刀快切，嚴禁沖擊擠壓，藥包要推至孔底，裝緊裝實，黃泥要充填密實。

放炮采取分組方式，兩組同時放；同組內炮眼采用延時起爆，分兩個爆破段，每段延時25 ms，先起爆兩端的兩個炮眼，依次為中間的兩個，最后起爆中間的兩個眼。要求警戒距離和放炮安全距離不小于300m。

3.2 兩巷頂板的深孔預裂爆破

（1）兩巷深孔爆破的鉆孔布置參數設計

在進行鉆孔布置參數設計時，將鉆機布置在切眼前方40m處，鉆機高度定為1.5 m，從頂板處理效果和預爆破安全的角度考慮，底層孔距頂板最終高度7m；頂層孔距頂板的最終高度14 m，孔底均落在距巷道幫內50 m深度，鉆孔與巷道軸線正交，巷道寬度5m，則可以建立如圖2的鉆孔布置參數為：

對于底層孔（即距頂板7 m高度的鉆孔），仰角為17°。其鉆孔長度L1為50.771m。

對于頂層孔（即距頂板14m高度的鉆孔），仰角為17°。其鉆孔長度L1為52.285m。

（2）兩巷深孔爆破的鉆機布置參數設計。鉆機的高度1.5 m，巷道寬度按5 m計算，則半寬2.5 m，如依底層鉆孔仰角10°，頂層鉆孔仰角17°計算。為此，底層鉆孔孔口距巷道底板的實際高度h為2.382m。

同理，頂層鉆孔孔口距巷道底板的實際高度h為3.029m。

兩巷深孔爆破的鉆孔剖面布置及參數，見圖2。

圖2 兩巷深孔爆破的鉆孔布置剖面圖

（3）兩巷深孔爆破的炮眼裝藥結構與參數設計。對于兩巷斷頂的深孔爆破設計，除了此處特別設計和說明的外，其余和切眼爆破設計完全相同，在此僅設計裝藥結構。

選用裝藥系數為0.6，炮泥裝填系數為0.4。

第一個底層炮眼的總長度為50.771m，故裝藥長度為30.463m，炮泥長度20.308m。每米炮眼裝藥量4kg，該孔總裝藥量為121.852kg。

第二個頂層炮眼的總長度為52.285m，故裝藥長度為31.371m，炮泥長度20.914m。每米炮眼裝藥量4kg，該孔總裝藥量為125.484kg。

4 強制放頂的現場應用效果

（1）理論估算的工作面堆矸高度9.2 m，超過采高3.2 m，支架上方還有6 m左右的矸石墊層，大約為采高的3倍左右，據此可以推斷即使21303工作面的初次來壓比較強烈，但對工作面支架沖擊和人員安全影響不大，可以充分保障工作面的安全生產。（2）工作面目前推進到78.6m時，采空區冒落嚴實，支架的掩護梁以及架間均為矸石所充填，這樣有效地隔斷了工作面來壓的颶風通道，減小了初次頂板來壓時颶風的突然性威脅，據此可以判斷工作面推進超過80～95 m，發生初次來壓期間，颶風傷人的危險性幾乎是不存在的。

5 結論

通過對21303工作面的大厚度堅硬砂巖頂板實施深孔預裂爆破的強制放頂技術，保證了工作面的安全生產，消除了颶風傷人的危險性。本文的研究成果對類似地質條件的工作面安全回采具有一定的理論意義和使用價值。

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[3]宮世文，張蓀茗等.深孔欲裂爆破強制放頂技術的應用[J].煤礦安全，2007（38）.

Abstract:On the rational design of thick-hard roof cutting hole and deep-hole pre-split blasting parameters among the No.21303 working face with high production and efficiency,the author observed the roof piling-up and caving situation of gangue in mined-out areas after the compulsive roof cave-in and pointed out that the compulsive roof cave-in technology ensured the safety production of the working face.

Keywords:fully-mechanized mining face;hard roof;pre-split blasting parameter

編輯：劉新光

Research on Compulsive Roof Cave-in Technology of Thick-hard Roof in Fully-mechanized Mining Face

SHI Hong-yu

（Zhongyang Coal Co.,Shanxi Zhongyang Steel Group,Lvliang Shanxi 033400,China）

TD823.85

A

1672-5050（2010）08-0052-03

2010-08-06

史紅宇（1969—），男，山西夏縣人，本科，工程師，從事煤礦生產安全技術管理工作。

文章編號：1672-5050（2010）08-0017-04