淺埋中厚煤層綜采工作面過空巷壓架處理技術實踐

宋偉東

（晉能控股煤業集團天安公司昌都煤業，山西 晉城 048000）

支架壓死事故[1-3]是綜采工作面常見的事故，特別是在薄煤層和中厚煤層中，由于工作面開采高度小，支架行程有限，工作面頂板壓力大時極易出現支架壓死。臥低、挑頂是常見的支架壓死處理方法[4-5]。目前國內常采用爆破挑頂處理，但由于各礦地質條件差異較大，爆破參數都是憑經驗設置。本文以昌都煤業為背景，對淺埋中厚煤層綜采工作面壓架處理技術進行研究。

1 工程概況

1.1 工作面基本情況

昌都煤業為資源整合礦井，91308 工作面開采9 號煤，平均埋深152.3 m，平均厚度1.70 m，煤層傾角1°～4°。煤層直接頂為砂質泥巖，厚4.32 m；老頂為細粒砂巖，厚度10.13 m；直接底為泥巖，厚度1.68 m。91308 工作面可采走向長度975 m，傾向長度150 m。切眼分為三段：切眼一段可采走向長度473 m，傾向長度150 m；切眼二段可采走向長度445 m，傾向長度85 m；切眼三段可采走向長度57 m，傾向長度122 m。91308 工作面采用ZY4400-10/23 型掩護式支架維護頂板，回采范圍內存在多條同煤層整合前舊巷道，巷道寬4.2 m，高為1.7 m，采用一梁兩柱的木棚支護。工作面布置如圖1。

1.2 壓架情況分析

91308 工作面空巷采用帶帽點柱進行支護，每排4～5 根，排距1 m。過空巷時，采用機尾超前的方法過空巷，在工作面機尾推進至101 m 處過空巷期間，頂板周期來壓，下沉明顯，空巷內靠近采煤側的部分單體柱被壓壞，工作面部分支架立柱無行程，采高不足1.3 m。機尾支架推進到空巷東幫時，59～84#支架部分安全閥連接頭損壞，局部煤壁存在片幫和冒頂，片幫深度300～800 mm，冒落高度300～500 mm。

圖1 91308 工作面布置示意圖

2 壓架處理方法

根據91308 工作面現場壓架情況，結合工作面頂板巖性，決定采用爆破挑頂法處理壓架。

2.1 挑頂工藝

工作面壓架數量較多，采用從機尾和機頭兩個方向對壓架進行處理施工，處理至最后五架時停止一個方向施工，在機頭及機尾靠近壓架方向選擇一個頂板完好、活柱行程大于800 mm 的支架，逐步下降到比相鄰支架低于500 mm 高度，確認頂板安全后，在下降支架上方頂板進行打眼爆破。爆破后，將破碎的矸塊清理至工溜，由工溜運輸出工作面，隨后升起支架，升緊接實頂板；之后降下機頭方向相鄰支架，利用處理完成的支架和下降支架的高度差對下降支架的頂板進行打眼爆破處理，完成后升架，并逐步提高支架高度，處理后被壓支架高度達到2 m 左右；然后利用相鄰支架的高度差，依次逐架對被壓支架頂板進行爆破松動處理，并及時更新損壞設備，保證工作面支架處于完好狀態，同時采用單體支柱對支架頂梁前端進行加強支護。最后待工作面壓架處理完畢后，用單體柱斜撐方法將支架拉出，并與工作溜連接。

2.2 爆破工藝

（1）炮眼參數

處理第一架壓架炮眼布置方法：在被壓支架的頂板上利用高度已有2.1 m 支架的空間，用氣腿式鑿巖機在支架上方兩側各布置一排炮眼，每排4 個，共計8 個炮眼。兩排炮眼中的第一個炮眼位于支架最內側，第二個炮眼與第一個炮眼間距670 mm，第三個炮眼與第二個炮眼間距970 mm，第四個炮眼與第三個炮眼間距970 mm，兩側炮眼均向壓架內側傾斜65°（炮眼布置方式如圖2）。炮眼設計深度為1000 mm，單眼裝藥量0.2 kg；炮眼采用水炮泥和黏土炮泥封孔，封孔長度大于等于0.5 m；裝藥方式為正向裝藥，串聯聯線，一次裝藥一次全部起爆。炮眼參數見表1。

圖2 第一架炮眼布置參數示意圖

表1 第一架炮眼參數表

處理后續支架施工方法：第一架支架完好后升高至與被壓支架500 mm 的高度用氣腿式鑿巖機在支架上布置一排4 個炮眼，第一個炮眼位于支架最內側，第二個炮眼與第一個炮眼間距460 mm，第三個炮眼與第二個炮眼間距970 mm，第四個炮眼與第三個炮眼間距970 mm，四個炮眼均向壓架側傾斜65°（炮眼布置方式如圖3）。炮眼設計深度為1000 mm，單眼裝藥量0.2 kg；炮眼采用水炮泥和黏土炮泥封孔，封孔長度大于等于0.5 m；裝藥、聯線和起爆同前述方式。炮眼參數見表2。

圖3 后續架炮眼布置參數示意圖

表2 后續架炮眼參數表

（2）爆破挑頂施工

炮眼施工采用YT28 型氣腿式鑿巖機，打眼方式為濕式打眼，鉆頭32 mm，鉆孔直徑32～34 mm，鉆桿直徑30 mm，眼深1000 mm。爆破藥卷為礦用三級乳化炸藥，引爆方式為毫秒電雷管引爆，FD-200DA型電容發爆器啟爆。爆破挑頂工序為：首先進行安全檢查、準備材料，之后進行炮眼打眼施工，再后進行裝藥、聯線和爆破，最后清理矸石。

（3）爆破高度不足

由于工作面各支架上方矸石厚度不一，在爆破挑頂施工過程時，部分支架頂板爆破松動能達不到設計升架高度要求，需結合領近支架爆破挑頂情況，調整炮眼施工深度，由1 m 增加至2 m，裝藥量由1卷增加至2 卷。若遇支架后部爆破效果不能滿足要求時，則需補打炮眼進行松動爆破，炮眼采用平行布置，深度不小于1 m，每個炮眼裝藥量為1～2 卷。

3 現場施工

3.1 安全措施

（1）當班開工前，由班組長安排本班施工工作和安全工作，并明確各項工作責任人，監督當班作業人員嚴格按照施工措施進行施工。

（2）人員在支架頂梁上打眼施工及出渣時必須先找掉活動的矸石，用高度合適的液壓單體柱和柱帽（或者長度合適板梁）打設臨時支護，確認安全后方可進行施工。

（3）爆破施工前后，必須嚴格執行爆破施工專項技術措施，嚴格執行“一炮三檢”和“三人連鎖放炮制度”。遇到拒爆、殘暴等情況，需嚴格按照相應專項措施進行處理。

3.2 施工情況

91308工作面壓架范圍為59#～84#架，共計25架，總計處理33 個支架，用時7 d。采用松動爆破后，爆破處支架及鄰近支架的支護阻力明顯降低，說明爆破后頂板壓力能夠有效釋放。爆破挑頂能夠大幅降低作業人員工作量，提高壓架處理的工作效率。

4 結語

綜采工作面頂板壓力大時，易出現支架壓死事故，采用松動爆破工藝破碎支架上部頂板，可以使支架上方壓力得到充分釋放，降低支架壓力，同時可在支架上部形成活動空間，將支架升起，進而逐步將支架拉出，提高壓架處理工作效率。