淺談大斜長綜采工作面堅(jiān)硬頂板控制技術(shù)

李勝

摘 要：堅(jiān)硬頂板條件下長壁綜采工作面進(jìn)行開采時，如果頂板控制不好，采空區(qū)大面積懸頂突然跨落時，會造成頂板事故，而且容易使采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯瞬間涌出，引發(fā)瓦斯重大事故。所以只有采取行之有效的控制技術(shù)對頂板進(jìn)行有效控制和管理，才能保證礦井的安全生產(chǎn)。本文就1890煤礦15112大斜長高產(chǎn)高效綜采工作面的開采實(shí)踐為依據(jù)，將工作面設(shè)計(jì)為“一面三巷”布置方式，利用超前深孔預(yù)裂爆破的方法，對工作面斜長260m的堅(jiān)硬頂板進(jìn)行有效控制，從而實(shí)現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：綜采；頂板；技術(shù)

1 開采條件

15112工作面位于1890煤礦一采區(qū)南翼5#煤層，工作面上部為15111m空區(qū)，北至礦井工業(yè)廣場井筒保護(hù)煤柱線，南至加3勘探線為界。工作面走向長度1170m，傾斜長度260m。煤層平均厚度3.85m，煤層傾角為10°～16°。煤層頂板巖性：老頂粗砂巖淺褐色、含礫砂巖，厚度8.08m；直接頂含礫粗砂巖淺褐色，厚度6.68m，巖石普氏系數(shù)f=6～8，單向抗壓強(qiáng)度7.9Mpa。煤層頂板巖性以粗砂巖為主，局部為含礫粗砂巖，底板為黑灰色粉砂巖、炭質(zhì)泥巖。

2 巷道設(shè)計(jì)

為解決大斜長綜采工作面頂板處理的難題，設(shè)計(jì)布置3條順槽巷道，具體布置如下：

（1）運(yùn)輸巷：15112運(yùn)輸巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網(wǎng)支護(hù)，走向長度為1180m，下幫凈高2.6m，凈寬4.9m，凈斷面S=16.41m2。

（2）回風(fēng)巷：15112回風(fēng)巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網(wǎng)支護(hù)，走向長度為1164m，下幫凈高2.8m，凈寬4.4m，凈斷面S=14.08m2。

（3）中間巷：15112深孔巷沿5#煤層頂板布置，巷道采用斜梯形斷面，錨網(wǎng)支護(hù)，走向長度為1172m，下幫凈高2.5m，凈寬3.7m，凈斷面S=10.5m2。

（4）開切眼：15112開切眼沿5#煤層頂板布置，開切眼采用矩形斷面，錨網(wǎng)、梁及鋼帶聯(lián)合支護(hù)，凈高3m，凈寬8m，凈斷面S=24m2

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

15112工作面采用走向長臂一次采全高采煤方法。工作面使用ZZ5800/22/43型支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)，數(shù)量173架。

（1）支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算：Pg=9.8×h×r×k =744.8kN/m2，式中：h-采高，3.8m；r-頂板巖石容重，25kN/m3；k-工作面支柱應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比，一般為4～8，開采煤層較薄、頂板條件好、周期來壓不明顯時，應(yīng)選用低度倍數(shù)；反之則采用高倍數(shù)，本工作面取8。

（2）支架工作阻力計(jì)算：F=Pg×S=744.8×5.865= 4368kN，式中：F-支架工作阻力，kN；Pg-支護(hù)強(qiáng)度，工作面最大支護(hù)強(qiáng)度為744.8kN/m2；S-支架支護(hù)面積，（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m）×支架寬度1.5m=5.865m2；

（3）考慮支架支撐效率，所需支架的工作阻力為：Ft=F/ζ=4368/0.8=5460kN經(jīng)計(jì)算，ZZ5800/22/43型液壓支架的工作阻力5800kN>5460kN，滿足工作面支護(hù)要求。

（4）確定支架控頂距：支架最大控頂距為（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m+伸縮前梁長度0.8m）4.71m，最小控頂距為（支架頂梁長度2.35m+支架前梁長度1.56m）3.91m。

4 超前預(yù)爆破的實(shí)施

4.1 炮孔布置方案

為充分保證放頂孔對老頂承壓層的切斷作用，考慮工作面的長度及鉆孔施工的難度，設(shè)計(jì)在工作面3條順槽布置炮孔及在開切眼沿傾向布置炮孔。每條順槽內(nèi)布置3組孔，每組孔布置一個老頂切斷孔、一個老頂輔助切斷孔、一個端頭切斷孔，放頂孔布置在距切眼以北25～45m之間，即距切眼以北25m處布置一組，35m處布置一組，45m處布置一組。開切眼布置4個孔，在開切眼上口距離西幫1.5m處布置一個孔，深孔巷上、下幫與開切眼交叉處朝上及朝下各布置一個孔，開切眼下口距離西幫1.5m處布置一個炮孔。

4.2 炮眼的施工

鉆孔施工采取用SKZ-120B1型深孔鉆機(jī)，三級煤礦許用乳化炸藥（防靜電塑料筒包裝，Φ60mm/1kg），煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索，毫秒延期電雷管，MFB-100型電容式發(fā)爆器。

4.3 裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)等，按松動爆破原則，用類比法并折合成所選炸藥單耗，采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)。為保證起爆的可靠性，每一個炮孔的炸藥串由兩根導(dǎo)爆索起爆，主導(dǎo)爆索插入孔底第一個藥卷，副導(dǎo)爆索插入距孔底4～5m處的藥卷。導(dǎo)爆索插入藥卷的長度不小于200mm，導(dǎo)爆索由毫秒延期電雷管引爆，每次只準(zhǔn)起爆一組炮孔，同一炮孔內(nèi)的雷管段別必須一致。

4.4 堵孔結(jié)構(gòu)

為保障超前預(yù)爆破效果及防止爆炸氣體外泄，炮孔的充填堵孔形式及質(zhì)量至關(guān)重要。本工作面預(yù)爆破炮孔的堵孔結(jié)構(gòu)采用塑—剛結(jié)構(gòu)，即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細(xì)砂等塑性材料，中部充填的黃土細(xì)砂配比為：黃土‥細(xì)沙‥水=75‥20‥5，由封孔器輸送至孔內(nèi)，后端采用專用堵孔水泥。

5 結(jié)語

15112工作面進(jìn)入回采以來，通過對工作面礦壓觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，工作面初次來壓和周期來壓規(guī)律明顯，采空區(qū)頂板垮落得到有效地控制，且冒落的巖石基本將采空區(qū)充填嚴(yán)實(shí)，安全生產(chǎn)得到了有效保證，工作面實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效。同時，大斜長工作面減少了區(qū)段煤柱留設(shè)，區(qū)段煤柱能夠有效回采，僅此一項(xiàng)可多回收煤炭資源9.12萬噸，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值2700萬元。

參考文獻(xiàn)

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[2]張春雷，張勇，李立，等.大傾角大采高綜采工作面堅(jiān)硬頂板控制技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（9）：1172-1177.

（作者單位：新疆焦煤集團(tuán)1890煤礦）