堅(jiān)硬頂板條件下煤層開采的人工強(qiáng)制放頂

王偉海

（七臺(tái)河技師學(xué)院，黑龍江七臺(tái)河 154600）

堅(jiān)硬頂板條件下煤層開采的人工強(qiáng)制放頂

王偉海

（七臺(tái)河技師學(xué)院，黑龍江七臺(tái)河 154600）

人工強(qiáng)制放頂是在開采堅(jiān)硬頂板條件下的煤層時(shí)，為減少采空區(qū)大面積懸頂對(duì)采場及人身威脅而向煤層頂板打深鉆孔，并進(jìn)行爆破，從而使堅(jiān)硬完整的頂板離層、開裂以致軟化。最終達(dá)到減少采空區(qū)頂板懸露面積，減小頂板初次來壓和周期來壓步距，減緩來壓沖擊載荷的目的。

堅(jiān)硬頂板；煤層開采；人工強(qiáng)制放頂

當(dāng)煤層之上無直接頂或直接頂很薄，垮落后不能填滿采空區(qū)，而基本頂為堅(jiān)硬、完整和厚度大的砂巖、礫巖或石葳巖時(shí)，這類基本頂稱為堅(jiān)硬頂板。堅(jiān)硬頂板的強(qiáng)度很高，而裂隙又不發(fā)育，其分層厚度一般在4～10m以上，單向抗壓強(qiáng)度一般達(dá)80～100MPa以上，彈性模量達(dá)20~40GPa。堅(jiān)硬頂扳，特別是厚層難冒堅(jiān)硬頂板存在的問題是，當(dāng)采用刀柱采煤法或長壁垮落采煤法開采時(shí)，堅(jiān)硬頂板能在采空區(qū)懸露很大面積而不垮落，初次來壓和周期來壓步距大，來壓時(shí)產(chǎn)生動(dòng)壓沖擊，容易損壞支架，嚴(yán)重情況下采空區(qū)懸頂面積可達(dá)幾千、幾萬平方米。過去我國主要采用煤柱支撐法管理這類頂板，由于需要留設(shè)大量煤柱，工作面的采出率只有40%～60%。在堅(jiān)硬頂板下采煤，頂板需要特殊處理。

人工強(qiáng)制放頂是在開采堅(jiān)硬頂板條件下的煤層時(shí)，為減少采空區(qū)大面積懸頂對(duì)采場及人身威脅而向煤層頂板打深鉆孔，并進(jìn)行爆破，從而使堅(jiān)硬完整的頂板離層、開裂以致軟化。最終達(dá)到減少采空區(qū)頂板懸露面積，減小頂板初次來壓和周期泰壓步距，減緩來壓時(shí)的沖擊載荷，減小對(duì)工作面設(shè)備和人員威脅的目的。

1 井下長壁工作面強(qiáng)制放頂

要按工作面長度、頂板的巖性、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育程度估算頂板初次來壓和周期來壓步距，而后設(shè)計(jì)人工強(qiáng)制放頂參數(shù)。按設(shè)計(jì)參數(shù)向頂板打一排或兩排鉆眼，裝藥爆破，迫使頂板開裂。

強(qiáng)制放頂工作在回采巷道內(nèi)超前工作面進(jìn)行時(shí)，即預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法，在強(qiáng)制放頂工作在工作面上、下端頭及中部位置，并與采煤工作同步進(jìn)行時(shí)，稱同步爆破強(qiáng)制放頂法。在工作面頂板的人為破斷線是大致平行于工作面的直線時(shí)，即一字形放頂法。當(dāng)頂板的人為破斷線為平行于工作面的階梯狀折線時(shí)稱為臺(tái)階式強(qiáng)制放頂法。

1.1 步距式一字形放頂法

第一，超前工作面預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法。該放頂法的全部工序，包括鉆孔、裝藥和爆破等都是在工作面順槽內(nèi)，或在工作面開采前方進(jìn)行。采用該放頂法的目的是使堅(jiān)硬完整的頂板產(chǎn)生爆破裂隙，并在采煤工作面經(jīng)過時(shí)擴(kuò)展，形成弱面，以降低頂板的垮落難度。在采煤工作面前方，按照一定間距向堅(jiān)硬頂板鉆深鉆孔，進(jìn)行預(yù)爆破松動(dòng)，使堅(jiān)硬巖層形成裂隙發(fā)育時(shí)，并在工作面經(jīng)過時(shí)擴(kuò)展，形成弱面，在移架或回柱后盡快垮落。一般認(rèn)為，當(dāng)工作面長度小于120～150m時(shí)，可采用單巷鉆孔布置，當(dāng)工作面長度大于150m時(shí)，可采用雙巷鉆孔布置。放頂?shù)闹饕茀?shù)是頂板處理高度、鉆孔間距和鉆孔的空間布置。為防止頂板沿煤壁切落，每組鉆孔水平方向呈扇形布置，在垂面上，呈仰角12°～35°，鉆孔長度隨工作面長度變化，一般不超過60m，一組鉆眼的間距小于周期來壓步距。放頂工作一般要超前采煤工作面80～120m或工作面長度的2/3以上。超前工作面預(yù)先爆破強(qiáng)制放頂法的特點(diǎn)是：預(yù)爆破頂板的所有工序都在超前工作面的回采巷道中進(jìn)行，采煤和預(yù)爆破頂板互不干擾，預(yù)爆破對(duì)采揚(yáng)支護(hù)影響小。

第二，同步爆破強(qiáng)制放頂法。該放頂法的全部工作都在采煤工作面上、下端頭及中部進(jìn)行，放頂?shù)牟糠止ぷ餍枰ぷ髅嫱．a(chǎn)，其特點(diǎn)是：放頂步距可隨工作面的情況調(diào)節(jié)，直接頂垮落的同時(shí)，使基本面產(chǎn)生裂隙，縮短來壓步距，減少來壓時(shí)的巨大沖擊載荷。能適應(yīng)于高瓦斯煤層的開采。采煤工作相互干擾，制約了采煤工作面的生產(chǎn)效率。爆破產(chǎn)生的沖擊載荷對(duì)工作面支護(hù)不利。

1.2 臺(tái)階放頂法

在沿采煤工作面布置方向上，將采空區(qū)頂板切落線分成2段或3段，使底板的切落線形成平行于工作面的階梯形折線，這樣的放頂稱為臺(tái)階放頂法。在準(zhǔn)備班內(nèi)完成各段的鉆眼、爆破等工序，一般綜采工作面內(nèi)前后臺(tái)階錯(cuò)距為2m，普采工作面錯(cuò)距為1.0～1.5m，鉆眼孔徑一般為60~64mm，孔深小于4倍采高。這種放頂法同時(shí)放頂?shù)囊?guī)模小，頂板垮落時(shí)對(duì)采場支護(hù)的影響小，由于作業(yè)人員較多，對(duì)采煤工作影響較大，適用于周期來壓強(qiáng)烈，但來壓步距差不明顯的堅(jiān)硬頂板。

2 井下刀柱工作面強(qiáng)制放碩

2.1 刀柱間通頭放頂法

這種放頂方法是在采空的刀柱工作面內(nèi)，沿工作面全長以一定間距向頂板打一排放頂鉆跟，然后裝藥爆破，迫使頂板斷裂放落，鉆孔布置及爆破參數(shù)要根據(jù)現(xiàn)場具體條件確定。根據(jù)放頂線及放頂作業(yè)方式，該放頂法分為正臺(tái)階放頂法和反臺(tái)階放頂法。

2.2 刀柱間封口救頂法

這種放頂方法是刀柱工作面采空后，在刀柱工作面的上、下兩端，沿頂板向采空區(qū)方向鉆跟爆破，迫使頂板垮落，堵死通向采空區(qū)的通道，以防止采空區(qū)頂板大面積垮落時(shí)造成災(zāi)害。

［1］霍丙杰，張宏偉.煤層復(fù)雜性評(píng)價(jià)理論探討［J］.世界科技研究與發(fā)展，2010，（10）：76.

［2］栗成杰，李樹偉.綜采工作面端頭大面積懸頂控頂技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，（08）：64.

TD822+.2

A

1674-8646（2016）01-0040-02

2015-10-17

王偉海（1981-），男，黑龍江七臺(tái)河人，講師，主要從事采礦工程教學(xué)與研究。