頂板弱化處理法在開采堅硬頂板煤層中的應用

文/董福凱

堅硬頂板的煤層開采，由于頂板巖層強度高、厚度大，采空區(qū)易形成大面積懸頂。此類頂板一旦大面積懸頂后自然垮落，重則壓壞支架及設備造成事故，輕則影響工作面正常生產(chǎn)，故采取頂板弱化措施十分必要。目前，國內(nèi)外處理堅硬頂板的方法主要有：高壓注水壓裂與注水軟化法、循環(huán)式淺孔爆破法、地面深孔爆破法和超前深孔預裂爆破法等方法。山西煤炭運銷集團晉城有限公司裕興煤礦，通過采用超前深孔預裂爆破法進行堅硬頂板處理，成功解決了15號煤層頂板回采過程中頂板不易垮落的難題，消除了工作面生產(chǎn)的安全隱患。

一、礦井基本概況

裕興煤礦井田位于晉城高平市建寧鄉(xiāng)，生產(chǎn)能力為90萬噸/年，主要開采3號、15號煤層。3號煤層已基本采空，目前主要開采15號煤層。15號煤層厚度平均為4.3m，頂板為K2灰?guī)r，局部為黑色泥巖，厚11～36m，底板為泥巖或粉砂巖，傾角為3°～8°，煤層為自燃煤層，賦存較穩(wěn)定。工作面長度為150m，選用綜合機械化一次采全高方式進行開采。支架選用ZZ5900-20.5/45型液壓支架。礦井屬低瓦斯礦井。

二、頂板巖層弱化處理法的具體應用

1.頂板巖層弱化處理高度確定

為使頂板垮落矸石充分填實采空區(qū)，放頂最小高度H可根據(jù)如下公式確定：

式中，M—煤層采高，取設計采高4.3m；

KP—頂板巖石初始碎脹系數(shù)，取1.3。

經(jīng)計算得：H=14.3m。

根據(jù)頂板實際賦存特征，弱化的主要對象為石灰?guī)r巖層，確定放頂孔垂深為14.3m。

2.開切眼深孔預爆破

（1）炮眼布置。工作面設備安裝前，在工作面開切眼后幫垂直頂板打眼，炮眼布置如圖1所示。150m長的切眼共布置6組炮孔，每組3個炮眼，共18個炮眼。分別用數(shù)字1～18進行編號，其中1號、18號眼分別布置在端頭軌道順槽和皮帶巷道中心線上，其余均勻分布，組與組間距10m，每組炮孔內(nèi)炮眼間距為8m，炮眼布置角度為80°～90°，深度為12m，孔徑為65mm，裝藥長度6m，藥卷個數(shù)為12個，裝藥量14.4kg，封泥長度 5m。

（2）切眼爆破順序。在切眼掘好后，支架安裝前，先進行打孔，等工作面安裝好進行試運轉(zhuǎn)并向前推進2～3刀后，即推進1.2～1.8m后進行裝藥和爆破。起爆器使用BF-200型礦用安全型發(fā)爆器，采用分次裝藥，分次起爆。聯(lián)線采用“局部并聯(lián)總體串聯(lián)”的方式進行，炮孔起爆從切眼中部向兩端交替依次順序起爆，每次起爆3個炮眼。

3.順槽超前預爆破

（1）炮眼布置。分別在皮帶和軌道順槽每隔20m布置一組鉆孔進行步距放頂。每組鉆孔5個炮眼，炮眼編號為A、B、C、D、E，呈扇形布置。炮眼布置如圖2、圖3所示。兩順槽內(nèi)步距放頂各炮眼參數(shù)與裝藥量見表1。

表1 兩順槽內(nèi)步距放頂各炮眼參數(shù)與裝藥量表

（2）順槽炮眼起爆順序。采用分組起爆方式，順序為E→C、D→B、A；這樣，下分層起爆可為上分層起爆提供自由面，增強爆破效果。聯(lián)線仍采用“局部并聯(lián)總體串聯(lián)”的方式。炮眼起爆時孔底離工作面煤壁應大于5m。

4.爆破工藝

（1）鉆具：選用MK-3型全液壓鉆機，鉆桿選用直徑為42mm配套專用鉆桿，鉆頭直徑為65mm，三翼鉆頭。

（2）炸藥雷管規(guī)格：為了保證預裂爆破效果，選用高猛力2號煤礦許用乳化炸藥，藥卷直徑為55×500mm，1.2kg/卷。雷管下層使用煤礦許用8號普通瞬發(fā)電雷管，上層使用秒延期雷管。導爆索采用煤礦許用導爆索。

（3）裝藥與封孔：裝藥采用內(nèi)徑為56mm的PVC(防靜電)管作為載體。使用兩個導爆索進行起爆，封孔采用由黃泥制作的專用炮泥充填密實，長度符合設計要求。炮眼采用連續(xù)耦合式裝藥，采用雙雷管、雙導爆索引爆，2個雷管在孔外采用并聯(lián)連接。

5.安全注意事項

（1）施工前必須制定專項安全技術措施，必須由安全專職人員及領導現(xiàn)場指揮。

（2）雷管使用前必須進行檢驗，嚴禁使用不同廠家雷管，放炮警戒距離應在300～500m。

（3）嚴格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人聯(lián)鎖放炮制度”。

（4）嚴格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》中有關放炮管理的規(guī)定。

三、結論

現(xiàn)場實踐表明，裕興煤礦采用深孔預裂爆破方法處理15號煤層堅硬頂板，減小了采空區(qū)頂板懸露面積，有效防治了該地質(zhì)條件下工作面頂板大面積來壓的危險。同時采用該處理方法使采空區(qū)頂板冒落更充分密實，有效地控制了采空區(qū)煤層自燃發(fā)火。該方法對類似地質(zhì)條件下堅硬頂板的處理具有一定的指導和借鑒作用。