佳瑞煤業15101工作面初采前頂板預裂技術應用

姚潤祥

(陽煤集團 三礦， 山西 陽泉市 045008)

堅硬頂板強度高，節理、裂隙不發育，具有整體性好和自穩能力強等特點，在開采過程中容易形成大面積懸頂，特別是回采初期懸頂面積更大。在該頂板條件下采用綜放開采，初采期間由于采空區頂板不能及時垮落，極易產生頂煤破碎、支架不接頂、移架困難，工作面漏風嚴重等安全隱患。突然大面積垮落時，又會對支架造成大的沖擊性破壞，同時將采空區內的有害氣體瞬間擠出，從而致使采煤工作面瓦斯含量超標，甚至形成破壞性巨大的颶風和沖擊地壓。鑒于生產實踐的迫切需求，本文以佳瑞煤業15101綜放工作面為研究背景，分析初采工作面中頂板預裂技術的應用情況。

1 工作面概況

佳瑞煤業15101工作面開采15號煤層，煤層厚度一般5.00～8.57 m，平均厚度6.33 m；直接頂平均厚度10.8 m，主要為泥巖、砂質泥巖，局部相變為粉砂巖及細粒砂巖；老頂厚度5.00～7.85 m，為中厚層狀灰色石灰巖，巖層致密堅硬。因為工作面老頂石灰巖厚度大，所以在回采過程中頂板很難垮落，會出現大面積懸頂現象，給人員和設備安全造成威脅。鑒于此，有必要對15101工作面采用頂板預裂技術。

2 頂板預裂方案

2.1 炮孔布置

根據佳瑞煤業15101工作面自身情況專門制定了《15101綜采工作面頂板預裂實施方案》，通過把理論和實踐經驗相結合，確定深孔爆破孔徑為75 mm，封泥長度占炮孔長度的20%～30%，徑向裝藥不耦合系數為1.25[1]。

開切眼長150 m，共布置21個炮孔，炮孔編號分別為1～21號，施工炮眼總長456.72 m，總裝藥量892 kg。炮孔軸線方向平行于切眼軸線方向，炮孔均在距開切眼外幫0.5～1.2 m范圍內施工(考慮頂板錨桿、錨索位置，可在此范圍內調整)。炮孔布置見圖1。

圖1 佳瑞煤業15101工作面頂板預裂炮孔布置

2.2 起爆順序

根據炮孔設計進行打孔，采煤機割2刀煤后對炮孔進行裝藥、聯線和爆破。放炮使用MFB-200型電容式起爆器，采用“局部并聯，總體串聯”的聯線方式，分組裝藥、分次爆破，每次起爆最多不超過3個炮孔[2]。從切眼的軌道順槽向膠帶順槽方向依次起爆：1、2→3、4→5、6、7→8、9、10→11、12、13→14、15、16→17、18、19→20、21。

3 實施效果

3.1 爆破期間瓦斯和CO濃度監測

在工作面上隅角、軌道順槽及膠帶順槽安裝有瓦斯傳感器和CO濃度檢測儀，在炮孔爆破時用來監測瓦斯濃度和CO濃度。監測數據表明：爆破期間CO濃度和瓦斯濃度均未超限。

3.2 頂煤垮落情況

所有炮孔爆破完以后，43#～46#支架上方的頂煤崩裂，50#支架上方局部頂煤垮落，可見到矸石，其它部分頂煤未冒落。

隨著工作面推進到3.2 m時頂板錨網支護出現垮落下沉現象，當工作面推進到4.8 m時可看到大量頂煤落下并伴有矸石，說明頂煤大部分垮落，故可以確定15101工作面頂煤初次垮落步距為4.8 m。隨著工作面繼續向前推進，采空區懸頂面積越來越大，在工作面推進到18 m時頂板中不時傳來巖層斷裂聲音，這說明頂板巖層達到抗拉極限而發生斷裂，當工作面推進到21 m時采空區頂板大面積冒落并伴有沖擊波形成，表明工作面直接頂已經垮落，初次垮落步距為21 m[3]。

3.3 炮孔爆破效果

15101工作面爆破后與鄰近工作面相比，平均垮落步距縮小了近10 m左右，懸頂面積明顯減小。工作面推過以后，沒有出現大面積頂板垮落帶來的安全隱患，巷道礦壓觀測正常，瓦斯、CO等氣體含量也在正常范圍內；瓦斯高抽巷穩定性良好，頂板爆破預裂對該巷道的影響較小。

4 效益分析

4.1 經濟效益分析

本次試驗共投入77.4萬元，其中科研費用46萬元，設備費用25.5萬元，材料費用1.7萬元，人員費用4.2萬元。

試驗的收益主要來源于提前回收的頂煤，工作面長150 m，煤層平均厚度6.33 m，采高3.0±0.1 m，頂煤平均厚度3.33 m，容重1.39 t/m3，此次采用頂板預裂技術的工作面與之前未采用該技術的相鄰工作面相比，至少可以提早回收頂煤15 m左右，計7776 t，銷售收入349.9萬元，總效益為272.5萬元。

4.2 安全效益分析

通過實施該工業性試驗，可以大大減小工作面懸頂面積以及直接頂初次垮落步距，消除由此帶來的安全隱患，從而實現了15101工作面初采期間安全、高效生產。

采用頂板預裂技術后可以有效避免下述現象的出現：

(1) 懸頂面積過大致使工作面漏風，有些區域甚至無風流，導致該區域瓦斯或CO濃度超限；

(2) 懸頂面積過大頂板突然垮落，在短時間內支架立柱下縮量驟然增加，導致有的支架被壓壞甚至壓死；

(3) 回采巷道變形嚴重、煤壁片幫。頂板未及時垮落，采空區上覆巖層施加到周圍巖體的壓力增大，支撐煤柱和回采煤層的支撐壓力也相應增大，直接導致回采巷道變形嚴重、煤壁片幫等礦壓顯現現象的發生。

5 結 語

由于佳瑞煤業15101綜放工作面老頂為灰白色石灰巖，致密堅硬，且相鄰工作面的相互影響，回采過程中頂板很難垮落，出現大面積懸頂現象,給工作面安全生產帶來隱患。通過在15101工作面進行開切眼深孔預裂處理堅硬頂板，將頂板初次來壓變為周期來壓，有效減小了工作面頂板的初次來壓步距，消除了頂板大面積垮落時導致的工作面瓦斯超標、移架困難等問題，杜絕了由于大面積頂板來壓對設備和人員的危害，防止了工作面漏風現象的發生，保證了工作面安全高效回采[4]。

參考文獻：

[1]孫建軍，徐 剛.深孔爆破弱化堅硬頂板技術的應用[J].煤礦開采，2008，13(3):89-90.

[2]崔樹江，張百勝.綜放工作面采前頂板弱化技術研究[J].中國煤炭，2012，38(11)：41-43.

[3]邢延團.大采深綜放工作面頂板運動規律研究[J]. 能源技術與管理，2007(3):28-29.

[4]楊建中.綜放工作面初采前頂板弱化技術研究[J].煤，2013，22(7):27-29..