井下硬質頂板綜采面爆破放頂工藝的應用研究

王志仁

（山西煤炭運銷集團呂梁有限公司，山西 孝義 032300）

硬質頂板是一種結構強度高、承載力大、難以垮落的頂板，由于結構堅硬，很難在礦壓波動下自行垮落，所以在綜采面形成一個懸空的頂板層，隨著懸空長度的增加，可能會突然垮落，給煤礦井下的綜采作業安全帶來了嚴重的隱患。在對前人研究的基礎上，提出了一種新的井下硬質頂板綜采面爆破放頂工藝，利用超前深孔松動爆破加深對頂板進行弱化處理，同時為了確保效率和弱化效果的統一，采用了超前深孔+淺孔混合松動爆破技術。

1 現狀分析

以井下典型硬質頂板綜采面為例，其煤層傾角約為5°，煤層的高度約為5.6 m，綜采面的直接頂高度為2.5 m 的砂巖，其整體強度低，但巷道基本頂為細粒砂巖結構，其抗壓強度為104.7 MPa，普氏系數為10.6，基本頂的厚度為7.9 m，屬于典型的高硬度頂板結構，在綜采面進行初采期間無法自行垮落，極易產生塌方事故，利用FLAC 仿真分析軟件對井下巷道工作面推進到不同距離情況下的礦壓顯現規律進行研究，發現當綜采距離推進到37 m 時，巷道老頂發生了斷裂，因此可以確認，井下巷道發生了初次來壓，其分析結果如圖1 所示。

圖1 綜采距離為37 m 時的礦壓顯現規律

2 頂板高度確定

根據分析，要使頂板爆破垮落后達到完整充滿采空區的目的，則巷道頂板需要滿足以下要求[1]：

式中：H 為巷道頂板垮落高度，m；ξ 為巷道頂板巖層的碎脹系數，取1.5；H1為煤層的綜采作業高度，5.53 m。由此可知，在井下巷道內，為了確保頂板垮落后的穩定性，其頂板的垮落高度需要大于11.06 m。

3 爆破方案優化

針對進行綜采面頂板的實際情況，提出了采用超前深孔+淺孔混合松動爆破的方案[2]，將綜采面分為I～V 共5 個區域，在爆破方式上，共規劃了兩種形式，形式一是將淺孔布置在（I、II、IV、V）區域，將深孔布置在III 區域，形式二是將淺孔布置在（I、V）區域，將深孔布置在（II、III、V）區域。

通過對兩種方案的對比，方案二由于增加了深孔的數量，因此相對具有更好的爆破效果，更能適應井下硬質頂板的有效爆破，同時在深孔的兩側增加8個炮孔，將炮孔的仰角設置為75°，炮孔深度設置為11 m 裝藥的長度設置為8 m，封孔的長度設置為4 m。

在確定布置方案后，為了確保在綜采作業過程中不會出現大面積的懸空情況，實際的深孔+淺孔爆破布置結構如下頁圖2 所示[3]。

由圖2 可知，布置時在綜采面中間位置設置的為深孔，在兩側設置的為淺孔，在進行爆破時需要采區對應的保護措施，避免設備受到損壞。

圖2 深孔+淺孔布置結構示意圖

機頭處爆破，為了避免損傷機頭，在機頭架到切眼的后側設置兩排密集的木垛，為了提高木垛的防護效果，木垛應該設置在巷道的中間位置，在木垛中間需要留出適當的空間，滿足井下打眼和爆破作業的需求，炮眼在布置時需要傾斜到綜采面側，炮眼距離頂板垂直距離應不小于6 m，每個炮眼之間的距離設置為1.8 m，在機頭位置的炮眼爆破參數見表1。

表1 機頭位置炮眼爆破參數表

綜采面之間爆破，在綜采面架間的爆破，炮眼距離工作面架間應不小于6 m，炮眼的位置可以根據井下作業面的實際情況確定，與各設備保證3 m 以上的安全距離即可，然后在該處爆破所用的藥芯應和延遲雷管[4]配合使用，確保爆破時的安全性，在綜采面架間的爆破參數如表2 所示。

表2 綜采面架間爆破參數表

井下運輸巷側爆破措施，隨著井下綜采作業的進行，綜采面機頭每推進2 m，就在該段煤柱的約3 m高度處斜向后側沿著煤柱設置一個深度為4 m 的炮眼，對其進行爆破處理，削弱該段煤柱處綜采面頂板的支撐強度，該位置的爆破參數如表3 所示。

表3 運輸巷爆破參數表

通過對不同的位置，針對性地設置不同的爆破方案，能夠在保證綜采面安全的情況下最大限度的提升對硬質頂板的爆破效果。

4 爆破效果分析

根據以上布置方案，對井下巷道頂板進行爆破處理，根據爆破結果，直接頂的垮落是從采煤機的尾部向頭部發展的，綜采面的頂板垮落后的來壓步距由37 m 降低到了14.7 m，同時整個綜采面的來壓強度顯著的降低，來壓規律性強，有效提升了井下綜采作業的安全性和穩定性。

5 結論

1）利用FLAC 仿真分析軟件，能夠有效的模擬井下巷道在不同綜采深度情況下的礦壓情況，便于及時識別初次來壓步距；

2）為了確保在綜采作業過程中不會出現大面積的懸空情況，根據井下的實際情況，在綜采面端部、綜采面工作架間、煤柱側等進行補充爆破，確保對頂板的弱化和松動效果；

3）通過對不同的位置針對性的設置不同的爆破方案，能夠在保證綜采面安全的情況下最大限度的提升對硬質頂板的爆破效果；

4）新的放頂煤工藝能夠有效的降低頂板來壓的步距，確保頂板能夠及時垮落。