康城煤礦火成巖堅硬頂板強制放頂技術(shù)的探析及應(yīng)用

文/呂宏京

康城煤礦火成巖堅硬頂板強制放頂技術(shù)的探析及應(yīng)用

文/呂宏京

作為一座資源枯竭型礦井，冀中能源邯鄲礦業(yè)集團康城煤礦主采2#煤層已無可采儲量。為了保證礦井生存與發(fā)展，盡可能地發(fā)掘現(xiàn)有煤炭資源，以延長礦井生產(chǎn)壽命，提高礦井效益，康成煤礦決定對下組煤進行開采。1902工作面作為下組煤首采工作面，其北部煤層直接頂板為巨厚堅硬火成巖。由于其巖石抵抗破壞的極限強度大,煤層開采后可在采空區(qū)形成大面積懸頂,短期內(nèi)不易自然垮落。其初次垮落步距是普通堅硬頂板的2~3倍,周期來壓步距是普通堅硬頂板的3~4倍。一旦垮落，給采面的安全生產(chǎn)帶來極大的威脅。為此，康城煤礦通過研究火成巖堅硬頂板的形成機理，摸索出一套在初次放頂過程中人工“強放”的安全技術(shù)措施，保證了下組煤后續(xù)工作面的正常生產(chǎn)，在條件類似的礦井具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

一、火成巖堅硬頂板的形成機理

1.工作面頂板產(chǎn)狀分析

(1)1902工作面開采條件

1902工作面切眼頂板全部為H2火成巖，頂板厚度2.5～8.4m，平均厚度5.3m。H2火成巖侵入層位于8#~9#煤頂板之間。

1902工作面北部煤層頂板為H2火成巖，厚度8.4m，對煤層厚度影響較大，常有頂壓、煤壕等現(xiàn)象。當(dāng)從煤層頂侵入到煤層底時，則形成切割帶、巖墻現(xiàn)象。

(2)工作面回采后頂板產(chǎn)狀分析

技術(shù)人員根據(jù)對1902工作面實際開采過程中的現(xiàn)場觀測，并結(jié)合前期資料及實際產(chǎn)狀可以看出，巖漿以巖墻狀、條帶狀、兜狀等形式侵入煤層中，導(dǎo)致煤層厚度不一。淺色閃長巖、閃長斑巖在1902工作面侵入較為普遍。

2.特殊復(fù)雜頂板產(chǎn)狀的形成機理

(1)實際觀測到的工作面不穩(wěn)定巖層形成機理

根據(jù)現(xiàn)場觀測和分析，9#煤頂板火成巖形成初期，伴隨著地殼的上升運動而上升。在此過程中，較大范圍內(nèi)頂板上升速度大于煤層上升速度，因此頂板與煤層脫離，在此兩者相互分離，形成較大間隙，上方巖漿巖大范圍侵入此空間。

同時，根據(jù)巖漿侵入巖塊的大小，可以判斷出較大的巖塊顆粒是巖漿最早侵入的塊體，運動速度快，流動距離遠，集中在遠端位置；隨后的巖漿侵入塊體較小，運動中所受的摩擦阻力較大，集中在近端。

(2)切眼位置到初次來壓的頂板產(chǎn)狀

根據(jù)現(xiàn)場記錄，發(fā)現(xiàn)自切眼到頂板初次來壓位置較大的區(qū)域范圍內(nèi)，煤層頂板呈現(xiàn)出典型的復(fù)合型堅硬頂板形態(tài)，巖層的走向角度以及巖層厚度變化不大，賦存情況較為穩(wěn)定，屬于在地層形成初期的成層巖系，沒有經(jīng)過后期較大的地層運動或未收到后期地質(zhì)構(gòu)造運動的較大影響，呈現(xiàn)出較為規(guī)整的原生地層產(chǎn)狀。因此，此區(qū)域范圍內(nèi)頂板對煤層的生產(chǎn)影響偏弱，但由于老頂為閃長巖和野青灰?guī)r的復(fù)合體，巖體十分堅硬，強度較大。

二、火成巖堅硬頂板強制放頂方案

1.放頂步距的確定

根據(jù)測定結(jié)果，并結(jié)合類似條件煤礦強制放頂爆破參數(shù)，計算得出老頂周期來壓步距為10m左右，從而確定放頂步距為10米。

2.頂板冒落帶高度計算

式中：M—采高;

K—巖石碎脹系數(shù)取1.4;

本工作面放頂高度確定為H＝5m。

由于煤層存在傾角，直接頂板冒落后形成堆積的安息角可能小于水平煤層的安息角。因此應(yīng)在采空區(qū)鋪設(shè)擋板，保證直接頂冒落后形成較大安息角，使垮落巖塊能較好的接頂，起到支撐作用。

3.最小抵抗線及孔深的確定

根據(jù)1902工作面頂板情況和炸藥參數(shù)，最小抵抗線取2～4m，則第一層孔取W1=3m，第二、三層孔取W2、W3＝2m。

4.放頂組數(shù)及孔深的確定

在工作面兩巷各布置兩組孔：一組三層三個孔A1、A2、A3，與工作面傾向夾角15°，孔深均為28m。一組兩層兩個孔B1、B2，與工作面傾向夾角30°，孔深均為18m。工作面中部布置兩組三層三個孔C1、C2、C3和D1、D2、D3，垂直工作面傾向，孔深均為15m。

5.鉆孔的角度

(1)兩巷鉆孔參數(shù)

水平角度（與煤壁的夾角）。由于步距放頂步距為10m，考慮上一次放頂對頂板的破壞及爆破時不能損壞支架等因素，與工作面水平角度確定A組孔為15°，B組孔為45°。

仰角。1902工作面傾角平均為15°。經(jīng)計算：在上巷實際打孔的角度為：A1孔＝-6°，A2孔＝0°，A3孔＝7°，B1孔＝0°，B2孔＝10°。在下巷實際打孔的仰角為：A1孔＝24°，A2孔＝30°，A3孔＝37°，B1孔＝30°，B2孔＝40°。

(2)工作面中部鉆孔參數(shù)

由于工作面傾斜寬84m，且受礦井現(xiàn)有鉆機設(shè)備的影響，上下巷鉆孔深度各為28m。因此需要在工作面中部做兩個鉆窩，垂直于工作面傾向向老塘打眼，進行爆破作業(yè)。鉆孔位置為第一組孔距上巷36m，第二組孔距上巷48m，兩組孔間距12m。鉆孔參數(shù)是第一組三層三個孔C1C2C3；第二組三層三個孔D1D2D3由于從架前打孔，中部鉆孔的水平角度與煤壁垂直。仰角角度為C1＝D1=150，C2＝D2=26°，C3＝D3=38°。

6.各孔之間的相互距離和打孔順序

每組孔孔間距均為200mm；如A1與A2、A2與A3孔間距均為200mm。每組鉆孔的第一個孔距離煤壁可取70～1000mm。打孔順序為上巷A組孔、B組孔，工作面中部C組孔、D組孔，下巷A組孔、B組孔。

7.裝藥長度和封孔長度

裝藥長度（LZ）應(yīng)不大于孔深的2／3，封孔長度（Lf）應(yīng)不小于孔深的1／3。

三、火成巖堅硬頂板強制放頂?shù)氖┕し绞?/h2>

1902工作面傾斜寬度84m，提前在工作面上下巷每間隔10m施工鉆孔，超前2~3個步距，上下巷鉆孔施工與早班和檢修平行作業(yè)，當(dāng)采夠一個步距后，工作面停止生產(chǎn)，在工作面施工2個鉆窩，并打鉆孔2組，裝藥，三個班完成以上工作。然后，次日早班放炮，中部開始生產(chǎn)，進入下一個步距放頂，以此循環(huán)。當(dāng)頂板局部放頂高度有差距時，需在工作面上下隅角，采取補打鉆孔，施行局部放頂，并對上下巷切頂線內(nèi)的頂板錨桿進行退錨，利于上下隅角頂板冒落。

四、結(jié)語

康城煤礦自實施火成巖堅硬頂板強制放頂方案以來，步距放頂時間由原來的5個班縮短為3個班，每班節(jié)約6人，平均月推進40m，每月節(jié)約用工24個，每工180元，年節(jié)約工資5.1萬元；工作面循環(huán)產(chǎn)量160噸，2個班完成3個循環(huán)，每步距可多出煤480噸，每月多出煤1920噸，噸煤成本410元，售價480元，年盈利13.4萬元，綜合效益18.5萬元。同時，該項成果的成功應(yīng)用，確保了礦井正常生產(chǎn)，提高了礦井產(chǎn)量，使下組煤開采有了可靠的保障，為礦井后續(xù)工作面的回采奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

（作者單位：冀中能源邯鄲礦業(yè)集團康城煤礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）