一种深埋煤层工作面初采期间强制放顶新技术

作者；张毅

    1  工作面概况

  纳林河二号煤矿31101工作面开采3-1煤层，工作面为该矿首采工作面，工作面位于矿井一盘区东翼边界附近，北临中央一号辅助运输大巷，南临首采区边界。工作面平均埋深在554.7 m。31101工作面倾斜长度241 m，推进长度为2588 m，工作面煤层厚度为4. 7～6.3 m，平均厚度5.5 m，采用倾斜长壁后退式全部垮落综合机械化采煤法。31101综采工作面布置了两条运输巷和一条回风巷，如图1所示。两条运输巷中一条为胶运巷，主要用于煤炭运输，巷道断面宽5.8 m、高3.6 m;另一条为辅运巷，主要用于辅助运输，巷道断面宽5.4 m、高

3.8 m;回风巷断面宽5.4 m、高3.95 m。

  3 -1煤层为稳定煤层，31101综采工作面伪顶厚度0～0.4 m，主要为灰色～深灰色泥岩，水平层理；直接顶平均厚度为2. 0～5.7 m，主要为粉砂岩，水平层理；老顶平均厚度为7. 6～19 m，主要为细粒砂岩，石英为主，长石次之，含植物化石碎屑及云母碎屑，黑色矿石，钙质胶结，分选性较好；直接底平均厚度为9. 65～15 m，主要为粉砂岩为主，灰白色，巨厚层状，粉砂状结构，半坚硬，泥质填隙，局部有少量泥岩。

2  强制放顶技术方案

  由于31 101工作面埋深较深，且煤层上方赋存较厚的砂岩顶板，完整性好，硬度强度较大，初采期间不易垮落，为防止在工作面推进过程中发生大面积悬顶，给工作面生产造成安全隐患，应采取弱化顶板强度的措施。目前比较成熟的顶板弱化技术有水压致裂和爆破两种技术，综合大多数类似矿井实际情况，考虑到爆破弱化比水压弱化效果好，拟采用顶板深孔爆破弱化技术。

  初采期间的深孔预裂爆破技术是在工作面前方的平巷或者开切眼内以一定的距离一定的间距向厚硬顶板内钻深孔，然后装药进行松动爆破。爆破释放的巨大能量在岩体内产生冲击波，该冲击波所到之处产生集中应力，由此在岩体内产生破碎区和裂隙区，使得完整坚硬岩体的整体性受到破坏，并扩大其原有的裂隙及弱面，使得顶板弱化。随着工作面的推进，在工作面综合应力场的影响下，深孔松动预裂爆破产生的裂隙弱面与原生裂隙弱面相互连通相互作用，并向岩体内部扩展从而使得厚硬顶板破碎，达到顶板弱化进而防止大面积悬顶。

  在深孔爆破时，一个重要的参数就是确定合理的炮孔长度与孔间距，在确定钻孔长度时主要考虑到工作面坚硬顶板的厚度、钻机的能力、装药能力以及为方便装药炮孔的倾角；孔间距的确定与顶板的条件及爆破孔孔径有关，另外还受到经济因素的制约，在顶板条件一定时，孔间距大小应该与炮孔直径相匹配，即孔间距与孔径之比应该在一个合理的范围内才能取得良好的爆破效果。

2.1  炮孔布置方案

  综合考虑试验矿井的顶板情况及经济状况，对炮孔的参数进行了确定。在工作面开切眼完毕后，直接进行顶板深孔爆破工作，沿切眼顶板呈直线形布置A、B两排炮孔，两排炮孔平行布置，其中A1、B1两个炮孔距离回风平巷外帮均为2m，然后每隔10 m布置一个炮孔，共布置25个炮孔，编号分别为A1～A25、B1～B25，为便于施工，A排孔距切眼后帮煤壁2 m左右，A、B两排孔排距约2 m。为了施工及装药方便，炮孔按30。仰角施工。顶板深孔爆破A、B两排炮孔的布置如图2所示。

  同时为了确保上下端头处顶板在回采时顺利垮落，需要在切眼前方10 m的运输平巷和回风平巷里施工C组炮孔，其中在回风平巷内施工C1、C2、C3孔，C1孔从巷道顶板向后上方打，孔口距离巷道外帮1 m; C2、C3共用一个孔口但按照不同的倾角向工作面上方顶板打，孔口在巷道顶板与煤壁交界处，在运输平巷内施工C4、C5、C6孔，三孔的位置与方向与C1、C2、C3孔对称，其布置情况如图3所示。A、B、C组炮孔的装药情况如表1所示。

2.2爆破孔钻孔工艺

  (1)钻孔。爆破孔采用两台坑道钻机施工钻孔，三翼金刚钻头打孔，钻头直径94 mm，钻杆直径75 mm，单根钻杆长度1m，在钻孔施工过程中，为保证钻孔角度的准确，采用坡度仪准确定位。

  (2)装药。由于炮孔较深，为方便装药，采用炸药被筒，炸药被筒外径为75 mm，每节炸药长度1m，炸药被筒采用双抗（抗静电、抗燃烧）PVC管体材料制成，每节炸药像“蜡烛”一样内芯含导爆索一根。

  (3)封孔。装药完毕后封孔，封孔材料选用黄泥，为了使封孔效果更好，黄泥封孔完毕后在孔口打人木楔。

  (4)爆破。炮孔封好泥后用放炮母线联线，联线采用局部并联，总体串联的方式，放炮使用MFB-100型起爆器，切眼中A、B两排炮孔沿着一个方向起爆，即从25号孔向1号孔方向顺次起爆，一次起爆4组炮孔，工作面端头处两巷内的C组炮孔爆破时同时起爆（即C1、C2、C3孔同时起爆；C4、C5、C6孔同时起爆）。

3  综采工作面矿压规律

  为了检验工作面初采期间顶板强制放顶爆破技术方案的实施效果，对工作面推进过程中的矿压数据进行了统计分析。

  采用KJ21矿压监测系统对31101综采工作面的30架支架的工作阻力进行了连续监测得到31101工作面的矿压规律。31101工作面初次通过爆破放顶之后，随着工作面的推进，在上覆岩层压力与直接顶自身岩性共同作用下，直接顶能够及时垮落充填采空区，由于工作面采高比较大，煤壁偶尔出现片帮，工作面上部的初次来压步距为47.2 m，最大工作阻力达到9044 k N;工作面中部初次来压步距为41.3 m，最大工作阻力达到12000 k N;工作面下部的初次来步距为46.3 m，最大工作阻力10216 k N。来压动载系数分别为1. 07、1.27和1.13，矿压显现不明显。31101工作面中部最先发生来压现象，工作面下部和上部则滞后5m左右发生来压，31101工作面两端头来压呈现不对称性，通过对现场的实测数据分析可知，沿着工作面倾向支架工作阻力的分布呈现中间大、两端相对小的形态，工作面来压时上部和下部受到两端顶板的弧三角板保护，工作面来压不明显。非来压期间，工作面中部支架高于两端的支架。

4  结论

31101工作面初采期间采用深孔爆破弱化顶板技术处理坚硬顶板后，工作面中部的初次来压步距小于工作面上部和下部的初次来压步距，工作面中部、下部和上部初次来压步距分别为41.3 m、46.3 m和47.2 m，动载系数平均为1.16;直接顶基本上能随采随冒，矿压显现不明显，说明31101工作面深孔预裂爆破强制放顶取得了良好的效果。  

5摘  要  为防止深埋工作面初采期间发生工作面压架切顶事故，对纳林河二号煤矿31101工作面进行了预裂爆破强制放顶，介绍了钻孔布置及爆破工艺。运用KJ21矿压监测系统分析软件对预裂爆破后的支架工作阻力进行了分析，结果表明：31101工作面上部和下

部初次来压比工作面中部滞后5 m左右，压力比中部区域小，工作面初次来压不明显，说明预裂爆破强制放顶取得了良好效果。