頂板弱化處理法在開采堅硬頂板煤層中的應用

文/董福凱

堅硬頂板的煤層開采，由于頂板巖層強度高、厚度大，采空區易形成大面積懸頂。此類頂板一旦大面積懸頂后自然垮落，重則壓壞支架及設備造成事故，輕則影響工作面正常生產，故采取頂板弱化措施十分必要。目前，國內外處理堅硬頂板的方法主要有：高壓注水壓裂與注水軟化法、循環式淺孔爆破法、地面深孔爆破法和超前深孔預裂爆破法等方法。山西煤炭運銷集團晉城有限公司裕興煤礦，通過采用超前深孔預裂爆破法進行堅硬頂板處理，成功解決了15號煤層頂板回采過程中頂板不易垮落的難題，消除了工作面生產的安全隱患。

一、礦井基本概況

裕興煤礦井田位于晉城高平市建寧鄉，生產能力為90萬噸/年，主要開采3號、15號煤層。3號煤層已基本采空，目前主要開采15號煤層。15號煤層厚度平均為4.3m，頂板為K2灰巖，局部為黑色泥巖，厚11～36m，底板為泥巖或粉砂巖，傾角為3°～8°，煤層為自燃煤層，賦存較穩定。工作面長度為150m，選用綜合機械化一次采全高方式進行開采。支架選用ZZ5900-20.5/45型液壓支架。礦井屬低瓦斯礦井。

二、頂板巖層弱化處理法的具體應用

1.頂板巖層弱化處理高度確定

為使頂板垮落矸石充分填實采空區，放頂最小高度H可根據如下公式確定：

式中，M—煤層采高，取設計采高4.3m；

KP—頂板巖石初始碎脹系數，取1.3。

經計算得：H=14.3m。

根據頂板實際賦存特征，弱化的主要對象為石灰巖巖層，確定放頂孔垂深為14.3m。

2.開切眼深孔預爆破

（1）炮眼布置。工作面設備安裝前，在工作面開切眼后幫垂直頂板打眼，炮眼布置如圖1所示。150m長的切眼共布置6組炮孔，每組3個炮眼，共18個炮眼。分別用數字1～18進行編號，其中1號、18號眼分別布置在端頭軌道順槽和皮帶巷道中心線上，其余均勻分布，組與組間距10m，每組炮孔內炮眼間距為8m，炮眼布置角度為80°～90°，深度為12m，孔徑為65mm，裝藥長度6m，藥卷個數為12個，裝藥量14.4kg，封泥長度 5m。

（2）切眼爆破順序。在切眼掘好后，支架安裝前，先進行打孔，等工作面安裝好進行試運轉并向前推進2～3刀后，即推進1.2～1.8m后進行裝藥和爆破。起爆器使用BF-200型礦用安全型發爆器，采用分次裝藥，分次起爆。聯線采用“局部并聯總體串聯”的方式進行，炮孔起爆從切眼中部向兩端交替依次順序起爆，每次起爆3個炮眼。

3.順槽超前預爆破

（1）炮眼布置。分別在皮帶和軌道順槽每隔20m布置一組鉆孔進行步距放頂。每組鉆孔5個炮眼，炮眼編號為A、B、C、D、E，呈扇形布置。炮眼布置如圖2、圖3所示。兩順槽內步距放頂各炮眼參數與裝藥量見表1。

表1 兩順槽內步距放頂各炮眼參數與裝藥量表

（2）順槽炮眼起爆順序。采用分組起爆方式，順序為E→C、D→B、A；這樣，下分層起爆可為上分層起爆提供自由面，增強爆破效果。聯線仍采用“局部并聯總體串聯”的方式。炮眼起爆時孔底離工作面煤壁應大于5m。

4.爆破工藝

（1）鉆具：選用MK-3型全液壓鉆機，鉆桿選用直徑為42mm配套專用鉆桿，鉆頭直徑為65mm，三翼鉆頭。

（2）炸藥雷管規格：為了保證預裂爆破效果，選用高猛力2號煤礦許用乳化炸藥，藥卷直徑為55×500mm，1.2kg/卷。雷管下層使用煤礦許用8號普通瞬發電雷管，上層使用秒延期雷管。導爆索采用煤礦許用導爆索。

（3）裝藥與封孔：裝藥采用內徑為56mm的PVC(防靜電)管作為載體。使用兩個導爆索進行起爆，封孔采用由黃泥制作的專用炮泥充填密實，長度符合設計要求。炮眼采用連續耦合式裝藥，采用雙雷管、雙導爆索引爆，2個雷管在孔外采用并聯連接。

5.安全注意事項

（1）施工前必須制定專項安全技術措施，必須由安全專職人員及領導現場指揮。

（2）雷管使用前必須進行檢驗，嚴禁使用不同廠家雷管，放炮警戒距離應在300～500m。

（3）嚴格執行“一炮三檢”和“三人聯鎖放炮制度”。

（4）嚴格執行《煤礦安全規程》中有關放炮管理的規定。

三、結論

現場實踐表明，裕興煤礦采用深孔預裂爆破方法處理15號煤層堅硬頂板，減小了采空區頂板懸露面積，有效防治了該地質條件下工作面頂板大面積來壓的危險。同時采用該處理方法使采空區頂板冒落更充分密實，有效地控制了采空區煤層自燃發火。該方法對類似地質條件下堅硬頂板的處理具有一定的指導和借鑒作用。