15101 綜采工作面初采頂板強(qiáng)制弱化分析

郝 權(quán)

（山西長治羊頭嶺北峙峪煤業(yè)有限公司， 山西 蔭城鎮(zhèn) 047100）

我國煤礦目前采煤方法多采用壁式開采，采空區(qū)處理多采用全部垮落法管理頂板。由于不同地區(qū)工作面的頂板巖性不同，硬度不同，同一地區(qū)，不同的礦井工作面頂板巖性也不同，同一礦井，不同工作面的頂板巖性也不同，因而不同工作面直接頂垮落的難易程度也不同，因此選擇強(qiáng)強(qiáng)制放頂方法是至關(guān)重要的一環(huán)節(jié)。如果回采工作面采后頂板不易垮落或垮落的不完全，就會(huì)給工作面頂板管理帶來極大的隱患，因此在回采頂板處理上方法是否得當(dāng)，將嚴(yán)重影響回采工作面的安全。

1 工程概況

北峙峪煤礦是兼并重組礦井，開采15 號(hào)煤層，屬低瓦斯礦井，15101 工作面為首采工作面，該工作面走向長度900 m，傾斜長度140 m，工作面中部有一條舊巷，與運(yùn)輸和回風(fēng)順槽基本平行，寬度約4.5 m，三條巷道都為錨網(wǎng)索支護(hù)，平均采高3.8 m，含0-2層夾矸，煤層傾角6°～8°，回采工藝采用綜采一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板。

直接頂為5～8 m 不等的K2 石灰?guī)r，普氏系數(shù)f大于6，致密而堅(jiān)硬。由于該工作面為首采工作面，直接頂初次垮落步距、老頂初次來壓步距和周期來壓步距都沒有有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)科可供參考，但是我們的回采工作還的繼續(xù)進(jìn)行，為此，初采時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制放頂是唯一的選擇。

2 強(qiáng)制放頂方法的選定

回采工作面采空區(qū)頂板弱化強(qiáng)制放頂?shù)姆椒ū容^多，有利用高壓二氧化碳膨脹法，有高壓水滲透膨脹法，有爆破預(yù)裂法等，不管是采用哪一種方法，必須本著技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上節(jié)約，同時(shí)不污染井下環(huán)境，綜合各方面的因素?fù)駜?yōu)選擇。

高壓二氧化碳膨脹法就是在頂板上打深孔，裝上套管，將高壓二氧化碳導(dǎo)入，利用壓力二氧化碳?xì)怏w將巖體松裂，達(dá)到預(yù)裂的目的。這種方法投資大，易污染井下的空氣。

高壓水滲透膨脹法就是在頂板上打深孔，裝上套管，將高壓水引入鉆孔，水流沿著巖石孔隙進(jìn)入，將巖石膨脹碎裂。但是由于k2 石灰?guī)r的孔隙率很低，水流很難浸透巖石，效果不是很好。同時(shí)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)也特別重。

爆破預(yù)裂法是在頂板上打深孔，裝入炸藥進(jìn)行爆破，這是常用到的方法，這種方法投資小，效率高，技術(shù)上可行。該方法選擇合理的地方掏槽，形成較大的自由面，然后連續(xù)爆破，將頂板強(qiáng)制預(yù)裂。建硬頂版一般楔形掏槽比較好。

3 頂板弱化處理施工設(shè)計(jì)

3.1 頂板處理高度確定

因?yàn)橹苯禹敒?～8 m 的石灰?guī)r，如果將這層石灰?guī)r直接定全部強(qiáng)制放下來，就可以減小回采面初采時(shí)的礦山壓力，所以確定放頂高度為向上8 m 的垂直高度。

3.2 初次放頂

3.2.1 切眼中放頂眼的布置

3.2.1.1 炮眼布置

1）掏槽方法。八眼對(duì)稱楔形掏槽法具體見圖1，即：八個(gè)眼兩兩一組，由淺入深，層層遞進(jìn)。在支架安裝前，先將炮眼布置好，先在切眼內(nèi)距采空區(qū)側(cè)巷幫1 m 處頂板打眼，以中間舊巷為中心進(jìn)行掏槽，為保證掏槽效果，掏槽眼一共布置四組（8 個(gè)），其中M 和M′一組，L 和L′一組，K 和K′一組，J 和J′一組，M 和M′最淺，J 和J′最深（垂直深度要大于8 m），其余炮眼向兩順槽方向依次布置，140 m 長的切眼共布置了26 個(gè)炮孔。

為保證爆破效果，依據(jù)爆破理論，深孔爆破孔徑定為75 mm，封泥長度為炮孔長度的根據(jù)孔深和藥量的大小進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 工作面炮眼布置平面圖（m）

表1 切眼放項(xiàng)各炮眼參數(shù)與裝藥量表

3.2.1.2 爆破時(shí)間確定

在切眼未安裝液壓支架前進(jìn)行打眼，在工作面從開切眼處開始推進(jìn)1.2～2.4 m 時(shí)裝藥、聯(lián)線和爆破。

3.2.1.3 炮眼 爆破

放炮使用MF-50 型起爆器，起爆順序是從切眼的中部向兩端，開始起爆8 個(gè)炮孔（M 和M′、L 和L′、K 和K′、J 和J′），然后左右間隔進(jìn)行起爆，每次起爆4 個(gè)炮眼，整體實(shí)行為分組裝藥、分次起爆。一茬炮聯(lián)線采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的方式進(jìn)行（即4個(gè)炮孔串聯(lián)，1 個(gè)炮孔內(nèi)并聯(lián)）。起爆炸順序?yàn)椋篗、M′L、L′K、K′J、J′→I、H、G、F→I′、H′、G′、F′→E、D、C、B→E′、D′、C′B′→A→A′。

根據(jù)炮眼的深度和封泥的長度確定導(dǎo)爆索長度，然后用鋒利的刀具割斷，嚴(yán)禁用沖擊方法砸斷。

導(dǎo)爆索長度確定后，用炮棍把準(zhǔn)備好的炮泥裝入炮眼，開始幾卷炮泥不得搗得過實(shí)，隨著炮泥的逐卷推進(jìn)，力度逐漸加大，一次推送炮泥不得超過2節(jié)。封泥時(shí)不得損傷導(dǎo)爆索。封孔分兩次進(jìn)行，第一次先封至距孔口1 m 處，第二次封孔時(shí)，將雷管、導(dǎo)爆索捆綁牢固后塞入孔內(nèi)再封土，直到全部封滿搗實(shí)，將外露雷管腳線扭結(jié)成短路，嚴(yán)禁將雷管與導(dǎo)爆索漏出黃土外。

為了確保炮眼內(nèi)藥包完全引爆，采用雙雷管，雙導(dǎo)爆索引爆，每一根導(dǎo)爆索均采用瞬發(fā)電雷管起爆，2 個(gè)雷管在孔外采用并聯(lián)連接，放炮母線必須絕緣良好，并且懸空吊掛。

圖2 為起爆藥卷示意圖；圖3 為炮棍示意圖；圖4 為裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 炮棍示意圖

3.3 爆破所需設(shè)備和火工品（見圖4 和下頁表4）

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

壁式開采全部垮落法管理頂板，直接頂初次垮落是關(guān)鍵，由于各地煤層直接頂?shù)膸r性不同，有的堅(jiān)硬而脆性大，有的堅(jiān)硬而韌性大，有的巖石軟等情況各異，這樣不同硬度的直接頂初次垮落步距不同，對(duì)回采支架產(chǎn)生的壓力就不同，由于支架的支撐力是一定的，如果采后直接頂堅(jiān)硬不垮落，那么回采面的支架受壓過載而卸液，甚至?xí)嚎澹蛘卟煽諈^(qū)大面積空頂，壓力瞬間釋放垮落會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊波，造成設(shè)備破壞，甚至導(dǎo)致人員傷亡，所以要根據(jù)頂板不同的巖性進(jìn)行強(qiáng)制預(yù)裂，使頂板采后盡早自行垮落而充填采空區(qū)。對(duì)于爆破法強(qiáng)制預(yù)裂頂板而言，操作工藝簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，普遍受到人們的青睞，首采工作面采用這種方法強(qiáng)制預(yù)裂取得了良好的效果。

表4 爆破所需設(shè)備和火工品匯總表