堅硬頂板弱化技術在22118工作面中的應用

韓 敏

（潞安集團潞寧煤業有限責任公司，山西 忻州 036700）

1 工作面概況及沖刷帶特征

22118工作面開采侏羅系大同組上部的2#煤，煤層厚度范圍為0.6～5.0m，平均厚度4.0m，煤層傾角為2～4°，平均傾角3°。煤層直接頂為10.2～11.41m厚的泥巖與粉砂巖，并呈現出相互交替特征；基本頂為厚為9.4～11.8m的砂巖、細砂巖，長石、石英為主，鈣質膠結，致密完整。該工作面在回采過程中極易形成大面積的懸頂，不易垮落[1]。因此，有必要對22118工作面頂板進行弱化處理。

工作面風巷及切眼導巷掘進過程中，距切眼440m處揭露異常區，走向影響長度440m，在該段古河流沖刷嚴重地段，煤層較薄，其最薄處為全巖巷，該異常區為受古河流沖刷影響煤層變薄或缺失現象[2]。在22118工作面最終形成后，為舊切眼100m，回風聯巷440m，新切眼132m。

2 頂板弱化處理方案

2.1 舊切眼頂板弱化處理

2.1.1 切眼內深孔爆破參數的確定

為保證22118工作面的安全生產，需要對工作面切眼和風、運兩巷進行強制斷頂。根據采高、巖石碎脹系數確定巖石處理高度為[3]：

式中：

M-采高，取值4.5m；

K-碎脹系數，取值1.3。

22118工作面舊切眼頂板弱化主要分為兩個部分：一是切眼深孔爆破；二是回風聯巷內深孔爆破。

舊切眼深孔爆破主要布置21個炮孔，分別為A、B、C、D1～D5、E1～E7、G、H、M1、M2、N1、N2炮孔。其中A、B、C、D1～D5、G、H布置在切眼靠近老塘側，距切眼靠老塘側煤墻距離500mm，E1～E7布置在距D排孔1m的平行線上，舊切眼深孔爆破炮孔布置如圖1所示。

圖1 舊切眼深孔爆破炮孔布置圖

E排孔E1～E7孔口間距15m，E1與運巷下幫間距17.5m，E6與E7孔間距13.5m，與風巷上幫10.7m。所有炮孔與切眼軸線呈60°向下山方向鉆進。N1、N2和M1、M2炮眼分別布置在運巷、風巷超前支護段內沿著巷道中線間距7.5m且平行于兩巷并向老空方向鉆進，炮孔仰角、深藥、裝藥參數見表1所示。

表1 切眼深孔爆破切眼內N孔、M孔炮孔參數

2.1.2 順槽內深孔爆破參數的確定

運巷與回風聯巷內的深孔預裂爆破，沿巷道走向間隔布置，每兩組炮孔中心間距18m，運巷第一組炮孔位置與回風聯巷第一組炮孔位置要對齊，兩巷的第一組B孔距離切眼里幫均為18m，運巷每組有3個炮孔，分別為A、B、C孔，回風聯巷每組炮孔有6各炮孔，其中D1、D2、D3孔均勻布置分布在兩組炮孔的中間，兩巷的A、B、C三孔間距均為0.5m。距頂板1m位置，兩巷深孔爆破打眼方向分別垂直于煤墻。

初次布置炮孔，由測量組掛線確定位置，回風聯巷第一組炮孔與運巷第一組炮孔位置一定要對應，在以后的施工應確保兩巷炮眼位置對應，順槽爆破炮孔參數見表2。

表2 順槽爆破炮孔參數

2.2 新切眼頂板弱化處理

2.2.1 新切眼內深孔爆破參數的確定

隨著22118工作面的正常回采推進，新切眼內需進行強制斷頂作業。新切眼深孔爆破炮孔布置如圖2所示。

圖2 新切眼深孔爆破炮孔布置圖

新切眼深孔爆破主要布置22個炮孔，其中A、B1～B8、E1～E9、G、H布置在切眼靠近老塘側，距切眼靠老塘側煤墻距離500mm，E1～E7布置在距B排孔1m的平行線上。A孔位置在回風聯巷的上幫處，A與B1孔孔口間距15m，B1～B8孔口間距15m，G與B8孔口間距12m，G與H孔口間距3m，H孔距上幫1.2m。E排孔E1～E8孔口間距15m，E1與運巷下幫間距11.7m，E9與E8孔間距13.5m，與風巷上幫間距10.2m。

沿著巷道中線間距5m且平行于兩巷并向老空方向鉆進，所有炮孔與切眼軸線呈40°向下山方向鉆進，炮孔參數如表3所示。

表3 新切眼深孔爆破炮孔參數

2.2.2 順槽內深孔爆破參數的確定

新舊切眼合并后，在運巷與回風巷內的深孔預裂爆破，沿巷道走向間隔布置，每兩組炮孔中心間距18m。經計算，風巷第一組炮孔B孔位置距離切眼里幫為10m，故運巷要與風巷內的炮孔嚴格對齊。運巷每組有3個炮孔，分別為A、B、C孔，回風聯巷每組有6個炮孔，分別為A、B、C、D1、D2、D3孔。其中D1、D2、D3孔均勻布置在兩組炮孔的中間，兩巷的A、B、C三孔間距均為0.5m。距頂板1m位置，兩巷深孔爆破打眼方向分別垂直于煤墻。順槽爆破炮孔參數見表4。

3 實施效果

3.1 經濟效益

在22118工作面由于采用切眼頂板弱化技術，工作面機尾推進12.6m，機頭10m就可以對頂煤回收，相對于未采用頂板深孔預裂處理時可提前回收頂煤長度約15.0m。22118工作面平均煤層厚度為4.0m，回采率取0.8，長度200m，可多回收約9400多噸煤炭。

3.2 安全效益

22118工作面開采的2#煤煤層為致密堅硬的砂巖，以往未采用頂板深孔爆破時，初采期不易垮落，一直為管理控制的難點。而采用深孔預爆裂以后，大大縮短垮落距離并降低頂板初次來壓，不僅可有效防止頂板突然垮落引起的瓦斯超限，而且極大改善了采煤工作面的支護條件。

表4 順槽深孔爆破炮孔參數表