綜采工作面堅硬頂板強制放頂技術研究

王傳繩， 趙中偉

（山西煤炭運銷集團晉城有限公司， 山西 晉城 048000）

1 礦井概況

山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司位于高平市三甲鎮，批準開采15號煤層，井田面積為4.559 3 km2，設計生產能力為90萬t/a。15號煤層直接頂板為K2石灰巖，堅硬，裂隙發育，平均厚10.60 m，屬一類頂板，低瓦斯礦井，礦井正常涌水量為14 m3/h。礦井采用主斜副立三個井筒混合開拓方式。通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。

主斜井：落底于+775 m水平，井筒傾角23°，半圓拱斷面，井筒凈寬4.5 m，砼碹，凈斷面14.5 m2，新開鑿段設計井筒凈寬4.8 m，錨噴支護，凈斷面16.17 m2，井筒內裝備一條帶寬800 mm的深槽帶式輸送機。

副立井：落底于+775 m水平，圓形斷面，砼碹支護，井筒垂深198 m，井筒凈徑4.0 m，凈斷面積12.56 m2，井筒內裝備一對1 t單層單車罐籠。

回風立井：落底于15號煤層，砼碹支護，垂深212 m，井筒凈徑4.0 m，凈斷面積12.56 m2，掘進斷面18.09 m2，井筒內布置梯子間，作為礦井專用回風井，兼作安全出口。

2 15107采煤工作面概況

2.1 工作面地質概況

該工作面西高東低，地表水排泄條件較好。區內無地表水，主要水系均為季節性河流。根據地質報告里面充水性圖，奧灰水水位630～636 m之間，與15號煤層相距約167～217 m，奧灰水對15號煤層開采無影響。地表為山地丘陵地帶，地表水體對工作面影響很小；工作面充水水源主要為K2、K5灰巖裂隙水，含水量不大。

2.2 煤層頂底板巖性（見表1）

表1 15107工作面煤層頂底板情況表

2.3 工作面切眼長度及支護情況

15109工作面開切眼長度為150 m，順槽長度為1 600 m，凈高3.5 m，切眼凈寬7.5 m，沿15號煤層頂板布置。

切眼巷道總寬度為7.5 m，兩次成巷，一次掘巷4.5 m，二次擴巷3.0 m。巷道基本支護方式：錨桿+錨索+網；錨桿材料：頂錨桿Φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼（25MnSi）；幫錨桿排距 1 000 mm，間距 1 000 mm，每排4根錨桿，上幫錨桿距離頂板200 mm，下幫錨桿距離底板300 mm，錨固劑：MSCK2360和MSCK2335各一支；設計錨固力120 kN，預緊扭矩不低于200 N·m；錨桿托盤：厚度為10 mm穹形鋼板托盤，規格為 150 mm×150 mm×10 mm；網：1號菱形鐵絲網，孔徑為50 mm×50 mm，孔孔搭接，搭接長度為100 mm；梯子梁：采用Ф12 mm整根鋼筋，焊點少，焊口搭接，在布設錨桿處焊接錨桿卡欄，錨桿需安裝在卡欄內；靠近玻璃鋼錨桿幫不使用梯子梁；錨索材料：七股鋼絞線，Ф17.8 mm×6 300 mm，鉆孔深度6 000 mm，外露200 mm；錨索布置方式：錨索排距2 000 mm，每排2根，錨索間距1 900 mm第一根錨索距巷幫1 850 mm，與巷道表面垂直。

3 工作面強制放頂工藝流程

3.1 開切眼預裂爆破

3.1.1 打眼器具

選用ZYW-1200型煤礦用全液壓坑道鉆機，其技術特征見表2。系統不變。

3.1.3 炮眼布置平面圖（見圖1）

圖1 炮眼布置平面圖（mm）

表2 ZYW-1200型煤礦用全液壓坑道鉆機技術參數表

3.1.4 炮眼布置剖面圖（見圖2）

圖2 炮眼布置剖面圖（mm）

3.1.2 打眼爆破時間段安排

在工作面從開切眼處開始推進進3～4刀后，即2.4～3.2 m時在切眼液壓支架后進行打眼，裝藥、聯線和爆破，爆破前，工作面通風系統按回采時的通風

3.1.5 爆破說明（見表3）

表3 15-107工作面切眼內頂板預裂爆破說明

3.1.6 切眼炮孔爆破

放炮使用BF-200型起爆器1臺，在15107工作面運輸順槽使用，沿工作面切眼全長起爆順序是從回風順槽側端頭開始向運輸順槽側端頭分三段起爆，每段起爆采用毫秒延期電雷管依次起爆，延期時間均為25 ms，第一次起爆13個鉆孔，第二次起爆10個鉆孔，其三次起爆13個鉆孔。炮孔雷管聯線采用局部并聯、整體串聯的方式進行。炸藥使用2號煤礦需用乳化炸藥，藥卷直徑Ф55 mm×500 mm，1.2 kg/卷；雷管使用煤礦需用8 ms延期電雷管；爆破母線用通信絕緣線，長度不小于300 m。禁止使用鋼軌、金屬管等當做回路或母線使用。爆破母線與電纜、電線、信號線應分別懸掛在巷道兩側，如遇特殊情況必須掛在同一側時，爆破母線必須掛在電纜或信號線下方300 mm處。

3.2 兩順槽及端頭頂板預裂爆破

3.2.1 炮孔布置

運輸和回風順槽每隔30 m各布置一組炮孔，每組為5個炮孔，分別為A、B、C、D、E扇形布置，5個鉆孔的深度均為30.4 m，仰角為9.5°，其中D與工作面平行，A、B、C、E 與巷道中心分別成 30°、50°、70°、-30°夾角，具體鉆孔布置圖見圖3和圖4。

圖3 鉆孔布置圖

圖4 鉆孔布置剖面圖

3.2.2 兩巷爆破

聯線采用局部并聯、總體串聯的方式，放炮采用BF-200型發爆器，炮孔起爆順序是從切眼的中部向兩端，每次起爆1個炮孔，放炮采用分組起爆，共分四組，先起爆 A、然后 B、C、D、E，炮孔起爆時孔底距工作面煤壁距離應大于50 m，第一組炮孔爆破時離工作面煤壁距離應大于5 m，爆破時間是切眼初次放頂結束后進行爆破。

4 結論

1）通過對綜采工作面開切眼和兩順槽及端頭頂板進行超前預裂爆破，使得綜采工作面頂板在回采期間能夠隨采隨垮，采空區及兩端頭頂板懸頂面積不超過規定。

2）提出了對15號煤層頂板處理方案，即選用超前深孔預裂爆破方法對其堅硬頂板進行處理。旨在開采之前就將頂板爆破切斷，減少或消除基本頂初次斷裂時帶來的礦壓災害。

3）提出了兩巷超前分段超前分段預爆破方案，旨在工作面推進過程中，按照方案設計要求，在規定的距離內，分段對基本定進行預先爆破致裂，減小或消除基本頂周期斷裂時帶來的沖及礦壓災害。