高效無聲破碎劑在煤礦強(qiáng)制放頂工藝中的應(yīng)用

呂聲瑞

煤礦在生產(chǎn)過程中，綜采工作面在推進(jìn)過程中上下隅角頂板不能及時垮落，尤其是厚層堅硬頂板，當(dāng)超過一定極限時會發(fā)生大面積垮落而造成劇烈動壓現(xiàn)象，從而引起頂板事故[1]，同時因工作面上隅角頂板不能及時垮落，導(dǎo)致工作面上隅角極易發(fā)生瓦斯積聚，影響工作面正常推進(jìn)，且容易引發(fā)瓦斯事故。因此，采用高效方法進(jìn)行堅硬頂板強(qiáng)制放頂對工作面的安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要。

1 工作面概況

1211綜采工作面位于一采區(qū)北翼，北面為安則村保安煤柱線，南面為一采區(qū)開拓大巷，東面為1209工作面，西面為1213工作面。工作面回采2#上，2#上煤位于山西組上部，2#煤上10 m左右，煤厚在1.1～1.5 m，平均厚度1.35 m，屬薄煤層，煤層傾角為2°～15°，平均傾角8°。工作面走向長度為1246 m，傾斜長度為160 m，工作面采用走向長壁后退式回采，全部垮落法管理頂板，選用ZY4000-08/18L型支撐掩護(hù)式液壓支架作為基本架（104架），ZY3200-12/29型掩護(hù)式液壓支架作為端頭架（4架），共108架。

表1 1211工作面頂?shù)装迩闆r

2 工作面端頭處老頂垮落機(jī)理

端頭是指回采工作面與工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷接合的部位。老頂破斷后，隨著工作面的推進(jìn)，端頭頂板發(fā)生周期性的斷裂。回采工作面的端頭作業(yè)主要是在直接頂下完成。而直接頂又受老頂?shù)闹萍s。端頭的老頂變形和破斷與不同支承條件下的矩形薄板結(jié)構(gòu)類似，使端頭老頂形成兩鄰邊固支，另一弧形斜邊自由的孤三角懸板結(jié)構(gòu)。當(dāng)頂板達(dá)到極限跨距時，在固支邊與自由邊交點處彎矩最大，導(dǎo)致破斷；隨著工作面的推進(jìn)，懸板不斷發(fā)生有規(guī)律的破斷。其破斷始于兩端最大彎矩處，并沿著弧形主應(yīng)力線方向擴(kuò)展[2]。

3 1211綜采工作面回風(fēng)隅角懸頂原因分析

1211綜采工作面兩巷采用錨桿、錨索支護(hù)，由于錨桿、錨索支護(hù)的懸吊作用，此作用力作用在弧三角懸板上，使工作面的直接頂與老頂形成一個較為嚴(yán)密的統(tǒng)一體，加之工作面老頂為厚8 m砂巖，自然加大了端頭采空區(qū)側(cè)的懸頂面積，極大地超過了2 m×5 m的規(guī)定，成為生產(chǎn)過程中頂板管理的一大隱患。

4 高效無聲破碎劑預(yù)裂頂板技術(shù)

4.1 施工工藝

（1）鉆孔施工范圍：

工作面上隅角切頂線至切頂線以南5 m范圍內(nèi)（頂板無離層條件下可在超前支護(hù)外提前施工鉆孔）。

（2）鉆孔施工參數(shù)∶

① 直接頂為砂質(zhì)頁巖

鉆孔垂直于巷道布置，鉆孔間距300 mm，孔徑42 mm，孔深2500 mm，排距2000 mm，每排鉆孔布置呈一條直線，鉆孔與采空區(qū)方向水平面呈75°夾角，由北向南逐排施工，因10209運(yùn)巷西側(cè)幫布置有兩趟瓦抽管路，影響鉆孔施工，故靠西側(cè)幫1 m范圍內(nèi)未布置鉆孔。

圖1 頂板為砂質(zhì)頁巖時破碎劑鉆孔位置（單位/mm）

② 直接頂為砂巖

鉆孔布置分為垂直于巷道和順巷道布置，參數(shù)如下：

a、垂直于巷道鉆孔參數(shù)：鉆孔間距250 mm，孔徑42 mm，孔深2500 mm，排距1000 mm，每排鉆孔布置呈一條直線，鉆孔與采空區(qū)方向水平面呈75°夾角，由北向南逐排施工。

b、順巷道鉆孔參數(shù)：鉆孔距西側(cè)幫1000 mm，鉆孔間距250 mm，孔徑42 mm，孔深2500 mm，鉆孔沿巷幫布置呈一條直線，鉆孔與頂板呈90°，由北向南逐個施工。

圖2 頂板為砂巖時破碎劑鉆孔位置（單位/mm）

（3）施工用具及護(hù)具

名稱 規(guī)格型號錨桿機(jī) MQT-130/2.8鉆桿 B19×0.8合金鋼鉆頭 Φ42mm高強(qiáng)度阻燃抗靜電編織袋 長×寬=300mm×53mm

（4）破碎劑充填工藝：

①浸泡

先將破碎劑干料裝入規(guī)格為300 mm×53 mm的阻燃抗靜電編制袋中，再將一個操作循環(huán)所需要的藥卷浸入水中直至停止冒氣泡 （水灰重量比為1∶4），從水中取出等待充填（浸水后的破碎劑必須在10 min內(nèi)充填至孔中，否則將影響破碎效果）。

②充填

垂直巷道眼由西向東（順巷道眼由北向南）逐孔進(jìn)行充填。單孔充填時，將藥卷逐根密實地裝填到孔中并分別搗實。裝藥深度為孔深的95%，孔口使用破碎劑潮料封實。

（5）工程施工中的安全措施和注意事項

① 無關(guān)人員不得進(jìn)入施工現(xiàn)場，充填完成后，人員不得站立在孔口下方。

② 在破碎劑的裝袋和充填施工時，必須戴防護(hù)眼鏡和橡膠手套，充填后到裂縫發(fā)生前孔口下方不得站人，且不得對孔口直視，以防破碎劑噴出傷害眼鏡。

③ 沖孔時藥劑溫度較高且有腐蝕性，沖入眼內(nèi)可能會對角膜造成嚴(yán)重?fù)p害。藥劑進(jìn)入眼內(nèi)和皮膚上，應(yīng)立即用清水沖洗。情況嚴(yán)重者立即送醫(yī)院清洗治療。

④ 人員嚴(yán)禁進(jìn)入隅角切頂線采空區(qū)側(cè)進(jìn)行觀測，防止矸石垮落傷人。

4.2 效果分析

（1）回風(fēng)隅角頂板垮落程度

工作面回風(fēng)隅角在未使用破碎劑預(yù)裂前，采空區(qū)懸頂面積平均15～20 m2，在使用該技術(shù)后，懸頂面積可保持在0～8 m2之間，采空區(qū)頂板多數(shù)沿破碎劑孔貫穿的裂縫折斷下沉，表明頂板垮落情況良好。

（2）回風(fēng)隅角瓦斯情況

通過采用高效無聲破碎劑預(yù)裂頂板技術(shù)進(jìn)行上隅角強(qiáng)制放頂，促進(jìn)了工作面頂板及時垮落，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛纫灿芍暗?.2%降低為0.42%。

高效無聲破碎劑預(yù)裂頂板技術(shù)對于頂板垮落具有良好的促進(jìn)作用。但是，在原巷道支護(hù)未完全回收的條件下，該技術(shù)效果不佳。因此，為確保破碎劑施工效果，巷道頂幫原支護(hù)（鎖具、錨桿螺母等）需回收完全。

5 結(jié)語

通過在1211工作面采用高效無聲破碎劑預(yù)裂頂板，從而達(dá)到強(qiáng)制放頂?shù)哪康模沟霉ぷ髅骓敯寮皶r垮落，避免了回風(fēng)隅角瓦斯積聚的現(xiàn)象。實踐證明，高效無聲破碎劑預(yù)裂頂板技術(shù)對于頂板垮落具有良好的促進(jìn)作用。

〔1〕尉 瑞，馬 震，鄒永洺，等.綜采面堅硬頂板強(qiáng)制放頂技術(shù)研究[EB/OL].北京：中國科技論文在線，201107-156.

〔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（8）：26-30.