綜采工作面堅硬頂板管理

張艷軍

(太原市明仕達煤炭設計有限公司，山西 太原 030001)

·技術經驗·

綜采工作面堅硬頂板管理

張艷軍

(太原市明仕達煤炭設計有限公司，山西 太原 030001)

針對井田內煤層頂板堅硬、難冒落的特點，介紹了爆破放頂和壓力注水弱化頂板兩項措施，通過對兩種處理堅硬頂板的效果及優(yōu)缺點比選，提出了適合同晟達煤業(yè)公司的最優(yōu)頂板管理方法，可為具有該類頂板的礦井在頂板控制方面提供一定的參考和借鑒。

堅硬頂板;爆破放頂;壓力注水

山西煤炭運銷集團同晟達煤業(yè)有限公司井田位于鄉(xiāng)寧縣北東約30 km雙鶴鄉(xiāng)蟬峪河村至光華鎮(zhèn)坪坡村一帶。井田內10#煤層位于太原組下段頂部，厚度為1．29 ～2．90 m，平均厚度為 2．46 m。采煤方法為綜合機械化一次采全高。礦井屬低瓦斯礦井，煤塵有爆炸危險性，煤層自燃傾向性為自燃煤層。

10#煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，厚度為0．85～4．35 m，平均厚度為 2．35 m，單向抗壓強度 38 MPa，單向抗拉強度1．78 MPa。K2石灰?guī)r質地堅硬，巖石層理、節(jié)理和裂隙不發(fā)育，完整性和連續(xù)性好，不易垮落，采后采空區(qū)內的直接頂懸露面積增大，當采空區(qū)頂板大面積瞬間垮落時，極易形成暴風和沖擊地壓，造成人員傷亡和設備損壞，更嚴重的問題是容易造成采空區(qū)大量瓦斯瞬間涌出，引發(fā)礦井瓦斯爆炸等災害事故，給礦井安全生產帶來隱患。因此，必須對頂板進行處理，改變頂板巖石的物理力學性質，縮短回采工作面頂板初次來壓步距，減小采空區(qū)懸頂面積，盡快充填采空區(qū)，是防止回采工作面堅硬頂板大面積垮落造成災害的關鍵。

1 堅硬頂板弱化處理的各種方法

以前國內外管理堅硬頂板的比較成熟的方法主要有兩種:一種是采用煤柱支撐法、采空區(qū)充填法維持頂板穩(wěn)定不冒，安全采出煤炭;另一種是采取爆破放頂、壓力注水弱化頂板法促進和改善頂板冒落，安全維護采場空間。但隨著綜合機械化礦井的發(fā)展和對提高煤炭資源回收率的要求，現(xiàn)已基本采用長壁冒落法管理頂板，因此，采用行之有效的頂板弱化方法就顯得尤為重要。

1．1 壓力注水軟化堅硬頂板

1．1．1 壓力注水方法

1)頂板高壓注水。頂板高壓注水是從工作面進、回風順槽根據工作面長短及注水效果，按單巷或雙巷通過鉆機向煤層頂板打注水鉆孔，通過注水泵加壓向頂板鉆孔注水。通過高壓注水對頂板進行軟化，并通過水的壓力像楔子一樣迫使巖石孔洞和裂隙加大，降低巖石的黏結力，破壞巖石的連續(xù)性和完整性結構。本方法適用的條件是煤層頂板巖石的吸水性較強，且通過加壓注水后能使巖石的強度明顯減弱。

2)頂板靜壓注水。頂板靜壓注水也是從工作面進、回風順槽根據工作面長短及注水效果，通過在單巷或雙巷內布置鉆機向煤層頂板打注水鉆孔，水源可利用從工作面順槽內消防灑水管接出的注水管向頂板鉆孔靜壓注水。本方法適用的條件是煤層頂板巖石的吸水性特強，且通過靜壓注水后能使巖石的強度明顯地減弱。

1．1．2 頂板軟化效果

通過壓力注水，可以溶解巖石中部分礦物質，降低了巖石內部的黏結力，增加了巖石內部的孔隙和裂隙，達到了軟化巖石的目的。回采后，采空區(qū)頂板巖層的初次來壓及周期來壓步距縮短，懸露的頂板面積減少，減弱了采空區(qū)頂板垮落時的沖擊載荷。

1．1．3 適用條件

該方法對吸水性強的堅硬巖層比較適用，但不宜用在受地質構造破壞劇烈地方。

1．2 爆破放頂弱化堅硬頂板

1．2．1 爆破方法

爆破放頂弱化堅硬頂板是通過鉆孔裝藥爆破的方法人為地強制折斷頂板巖層，在采場壓力和頂板巖層自重的綜合作用下，使采空區(qū)頂板巖層能及時地在短距離、小范圍內垮落，既及時釋放了采場壓力，減少了沖擊載荷，又可通過垮落的矸石墊層減弱頂板垮落時產生的空氣沖擊波及風暴。

爆破放頂弱化堅硬頂板的方法主要有:

1)循環(huán)式淺孔爆破。具體做法是每隔2個工作面循環(huán)作業(yè)，在工作面切頂線附近對采空區(qū)側頂板布置1排2．0 m深的淺鉆孔爆破，在爆破的沖擊和振動作用下，破壞頂板的連續(xù)性和完整性，使采空區(qū)頂板在采場壓力作用下能及時垮落。優(yōu)點:可以及時、有效、可靠地控制頂板來壓強度;缺點:頻繁地爆破放頂影響了工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)，降低了工作面產能效率，而且在工作面切頂附近爆破作業(yè)存在安全隱患。

2)步距式深孔爆破。具體做法是在頂板初期來壓和周期來壓前，在工作面切頂線附近對采空區(qū)側頂板布置2排孔深6 m鉆孔爆破，爆破后在頂板內形成一道很深的切斷頂板的溝槽，使頂板巖層沿溝槽立刻折斷垮落，避免頂板大面積來壓垮落造成災害。此方法的優(yōu)缺點同循環(huán)式淺孔爆破。

3)超前深孔松動爆破。具體做法是超前工作面一定距離，在工作面進、回風順槽巷道內(或頂板巖巷內)，垂直工作面煤壁，向煤層頂板按一定間距布置2排扇形鉆孔爆破，預先破壞和松動頂板巖層的連續(xù)性和完整性，當工作面采過后，頂板巖層在自重和采場壓力綜合作用下隨采隨落，減少了頂板來壓時對工作面的威脅。優(yōu)點:對回采工作面正常生產影響很小，并可有效減少和控制頂板來壓步距;缺點:爆破炸藥用量大，污染井下空氣。

1．2．2 適用條件

該方法對地質條件和技術條件適應性強，所需專用設備少，見效周期短，對減緩大面積來壓效果非常明顯。但不宜使用在煤質比較松軟和直接頂板比較破碎的煤層。

2 有頂板處理方法的比較

頂板采用注水軟化前必須進行頂板巖層浸水試驗，只有經過頂板巖層浸水試驗后，頂板強度降低效果明顯，才能采用注水軟化的方法。根據地質勘探報告巖芯取樣分析，該礦10#煤層頂板K2石灰?guī)r致密堅硬，層理、節(jié)理和裂隙不發(fā)育，而且通過浸水試驗表明，其吸水性差。此外，壓力注水軟化頂板效果的周期很長。故壓力注水軟化頂板的方法不適合該礦。

強制放頂則對巖層條件適應強，見效周期短，可靠性高，而且影響工作面正常生產作業(yè)較小，有利于工作面穩(wěn)產高效。

根據爆破放頂幾種方法的優(yōu)缺點比較，該礦10#煤層頂板處理方法優(yōu)選超前深孔松動爆破預處理。超前深孔松動爆破可以分為進、回風順槽巷道內深孔松動爆破和頂板巖巷內深孔松動爆破。頂板巖巷內深孔松動爆破在綜采放頂煤工作面應用的相對較多。其優(yōu)點是不影響工作面正常生產、炮孔利用率高，缺點是增加開采成本。進、回風順槽巷道內深孔松動爆破雖存在影響工作面正常生產問題，但影響范圍較小，而且不需額外專門掘進工藝巷道就可以進行深孔松動爆破作業(yè)。因此，通過技術經濟比較，在工作面進、回風順槽巷道內進行深孔松動爆破屬優(yōu)選方案。

3結語

綜上堅硬頂板各種處理方法的優(yōu)缺點比較分析，該礦10#煤層堅硬頂板處理采用在進、回風順槽巷道內超前深孔松動爆破的方法，使其采后能夠自行垮落，減少采空區(qū)頂板來壓步距和來壓強度，從而保證了礦井安全、可靠、高效生產。

［1］靳鐘銘，徐林生．煤礦堅硬頂板控制［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，1998:58－61．

［2］ 周維恒．高等巖石力學［M］．北京:水利電力出版社，1990:97－103．

［3］錢鳴高．礦山壓力及其控制［M］．北京:煤炭工業(yè)出版社，1994:132－135．

Hard Roof M anagement of Fully M echanized Coal M ining Face

Zhang Yan－jun

According to the characteristics which the roof of coal seam in mine field is hard and the caving is difficult，introduces two measures of the blasting caving and weakening roof by pressure water injection．Through comparing and selecting the effects and advantages and disadvantages to two kinds of processing hard roof，puts forward the optimal roof management method of suitable for Tongshengda coal company，can offer some reference for the roof control in this kind roof of the mine．

Hard roof;Blasting caving;Pressure water injection

TD823．85

A

1672－0652(2012)09－0035－02

2012－07－30

張艷軍(1980—)，男，山西太原人，2003年畢業(yè)于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦工程設計工作(E －mail)sxtymsd@163．com