綜采工作面堅硬頂板強制放頂技術(shù)研究

王傳繩， 趙中偉

（山西煤炭運銷集團晉城有限公司， 山西 晉城 048000）

1 礦井概況

山西煤炭運銷集團南河煤業(yè)有限公司位于高平市三甲鎮(zhèn)，批準開采15號煤層，井田面積為4.559 3 km2，設(shè)計生產(chǎn)能力為90萬t/a。15號煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，堅硬，裂隙發(fā)育，平均厚10.60 m，屬一類頂板，低瓦斯礦井，礦井正常涌水量為14 m3/h。礦井采用主斜副立三個井筒混合開拓方式。通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。

主斜井：落底于+775 m水平，井筒傾角23°，半圓拱斷面，井筒凈寬4.5 m，砼碹，凈斷面14.5 m2，新開鑿段設(shè)計井筒凈寬4.8 m，錨噴支護，凈斷面16.17 m2，井筒內(nèi)裝備一條帶寬800 mm的深槽帶式輸送機。

副立井：落底于+775 m水平，圓形斷面，砼碹支護，井筒垂深198 m，井筒凈徑4.0 m，凈斷面積12.56 m2，井筒內(nèi)裝備一對1 t單層單車罐籠。

回風立井：落底于15號煤層，砼碹支護，垂深212 m，井筒凈徑4.0 m，凈斷面積12.56 m2，掘進斷面18.09 m2，井筒內(nèi)布置梯子間，作為礦井專用回風井，兼作安全出口。

2 15107采煤工作面概況

2.1 工作面地質(zhì)概況

該工作面西高東低，地表水排泄條件較好。區(qū)內(nèi)無地表水，主要水系均為季節(jié)性河流。根據(jù)地質(zhì)報告里面充水性圖，奧灰水水位630～636 m之間，與15號煤層相距約167～217 m，奧灰水對15號煤層開采無影響。地表為山地丘陵地帶，地表水體對工作面影響很??；工作面充水水源主要為K2、K5灰?guī)r裂隙水，含水量不大。

2.2 煤層頂?shù)装鍘r性（見表1）

表1 15107工作面煤層頂?shù)装迩闆r表

2.3 工作面切眼長度及支護情況

15109工作面開切眼長度為150 m，順槽長度為1 600 m，凈高3.5 m，切眼凈寬7.5 m，沿15號煤層頂板布置。

切眼巷道總寬度為7.5 m，兩次成巷，一次掘巷4.5 m，二次擴巷3.0 m。巷道基本支護方式：錨桿+錨索+網(wǎng)；錨桿材料：頂錨桿Φ20 mm×2 400 mm左旋螺紋鋼（25MnSi）；幫錨桿排距 1 000 mm，間距 1 000 mm，每排4根錨桿，上幫錨桿距離頂板200 mm，下幫錨桿距離底板300 mm，錨固劑：MSCK2360和MSCK2335各一支；設(shè)計錨固力120 kN，預緊扭矩不低于200 N·m；錨桿托盤：厚度為10 mm穹形鋼板托盤，規(guī)格為 150 mm×150 mm×10 mm；網(wǎng)：1號菱形鐵絲網(wǎng)，孔徑為50 mm×50 mm，孔孔搭接，搭接長度為100 mm；梯子梁：采用Ф12 mm整根鋼筋，焊點少，焊口搭接，在布設(shè)錨桿處焊接錨桿卡欄，錨桿需安裝在卡欄內(nèi)；靠近玻璃鋼錨桿幫不使用梯子梁；錨索材料：七股鋼絞線，Ф17.8 mm×6 300 mm，鉆孔深度6 000 mm，外露200 mm；錨索布置方式：錨索排距2 000 mm，每排2根，錨索間距1 900 mm第一根錨索距巷幫1 850 mm，與巷道表面垂直。

3 工作面強制放頂工藝流程

3.1 開切眼預裂爆破

3.1.1 打眼器具

選用ZYW-1200型煤礦用全液壓坑道鉆機，其技術(shù)特征見表2。系統(tǒng)不變。

3.1.3 炮眼布置平面圖（見圖1）

圖1 炮眼布置平面圖（mm）

表2 ZYW-1200型煤礦用全液壓坑道鉆機技術(shù)參數(shù)表

3.1.4 炮眼布置剖面圖（見圖2）

圖2 炮眼布置剖面圖（mm）

3.1.2 打眼爆破時間段安排

在工作面從開切眼處開始推進進3～4刀后，即2.4～3.2 m時在切眼液壓支架后進行打眼，裝藥、聯(lián)線和爆破，爆破前，工作面通風系統(tǒng)按回采時的通風

3.1.5 爆破說明（見表3）

表3 15-107工作面切眼內(nèi)頂板預裂爆破說明

3.1.6 切眼炮孔爆破

放炮使用BF-200型起爆器1臺，在15107工作面運輸順槽使用，沿工作面切眼全長起爆順序是從回風順槽側(cè)端頭開始向運輸順槽側(cè)端頭分三段起爆，每段起爆采用毫秒延期電雷管依次起爆，延期時間均為25 ms，第一次起爆13個鉆孔，第二次起爆10個鉆孔，其三次起爆13個鉆孔。炮孔雷管聯(lián)線采用局部并聯(lián)、整體串聯(lián)的方式進行。炸藥使用2號煤礦需用乳化炸藥，藥卷直徑Ф55 mm×500 mm，1.2 kg/卷；雷管使用煤礦需用8 ms延期電雷管；爆破母線用通信絕緣線，長度不小于300 m。禁止使用鋼軌、金屬管等當做回路或母線使用。爆破母線與電纜、電線、信號線應(yīng)分別懸掛在巷道兩側(cè)，如遇特殊情況必須掛在同一側(cè)時，爆破母線必須掛在電纜或信號線下方300 mm處。

3.2 兩順槽及端頭頂板預裂爆破

3.2.1 炮孔布置

運輸和回風順槽每隔30 m各布置一組炮孔，每組為5個炮孔，分別為A、B、C、D、E扇形布置，5個鉆孔的深度均為30.4 m，仰角為9.5°，其中D與工作面平行，A、B、C、E 與巷道中心分別成 30°、50°、70°、-30°夾角，具體鉆孔布置圖見圖3和圖4。

圖3 鉆孔布置圖

圖4 鉆孔布置剖面圖

3.2.2 兩巷爆破

聯(lián)線采用局部并聯(lián)、總體串聯(lián)的方式，放炮采用BF-200型發(fā)爆器，炮孔起爆順序是從切眼的中部向兩端，每次起爆1個炮孔，放炮采用分組起爆，共分四組，先起爆 A、然后 B、C、D、E，炮孔起爆時孔底距工作面煤壁距離應(yīng)大于50 m，第一組炮孔爆破時離工作面煤壁距離應(yīng)大于5 m，爆破時間是切眼初次放頂結(jié)束后進行爆破。

4 結(jié)論

1）通過對綜采工作面開切眼和兩順槽及端頭頂板進行超前預裂爆破，使得綜采工作面頂板在回采期間能夠隨采隨垮，采空區(qū)及兩端頭頂板懸頂面積不超過規(guī)定。

2）提出了對15號煤層頂板處理方案，即選用超前深孔預裂爆破方法對其堅硬頂板進行處理。旨在開采之前就將頂板爆破切斷，減少或消除基本頂初次斷裂時帶來的礦壓災害。

3）提出了兩巷超前分段超前分段預爆破方案，旨在工作面推進過程中，按照方案設(shè)計要求，在規(guī)定的距離內(nèi)，分段對基本定進行預先爆破致裂，減小或消除基本頂周期斷裂時帶來的沖及礦壓災害。