綜采工作面巨厚堅(jiān)硬頂板放頂管理的研究和應(yīng)用

胡建波

【摘要】強(qiáng)制放頂是針對(duì)不易自然垮落的大面積裸露頂板進(jìn)行的人工強(qiáng)制垮落，是預(yù)防頂板冒落事故，保證礦井安全生產(chǎn)的重要保障措施。本文結(jié)合郭二莊礦綜采工作面巨厚堅(jiān)硬頂板放頂管理實(shí)踐，對(duì)強(qiáng)制放頂技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】綜采工作面? 巨厚堅(jiān)硬頂板? 強(qiáng)制放頂? 研究應(yīng)用

強(qiáng)制放頂是針對(duì)不易自然垮落的大面積裸露頂板進(jìn)行的人工強(qiáng)制垮落，是預(yù)防頂板冒落事故，保證礦井安全生產(chǎn)的重要保障措施。巨厚堅(jiān)硬頂板具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在正常開(kāi)采條件下很難自然垮落并成為懸頂。隨著開(kāi)采的延伸和懸頂?shù)拿娣e的增加，采空區(qū)支架和煤壁也會(huì)逐漸地開(kāi)始不堪重負(fù)，當(dāng)頂板壓力超過(guò)支架和煤壁支撐力時(shí)，大面積的懸頂就會(huì)突然垮落對(duì)井下人員、設(shè)備造成巨大損失;有時(shí)還會(huì)破壞工作面的密封結(jié)構(gòu)和設(shè)施，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯外泄，引發(fā)瓦斯爆炸等事故災(zāi)害。因此，為了保證安全生產(chǎn)，有必要采取強(qiáng)制放頂措施以消除采空區(qū)大面積懸頂?shù)耐{。本文結(jié)合郭二莊礦綜采工作面巨厚堅(jiān)硬頂板放頂管理實(shí)踐，對(duì)強(qiáng)制放頂技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

一、工作面概況及頂板巖性分析

邯礦集團(tuán)郭二莊礦二坑下組煤目前主要開(kāi)采9#煤，開(kāi)采水平標(biāo)高-100m。全礦井共劃分4個(gè)采區(qū)，四采區(qū)為二采區(qū)的接替采區(qū)。四采區(qū)位于郭二莊井田東部，采區(qū)南北走向長(zhǎng)330～1700m，東西傾向長(zhǎng)690～2300m。采區(qū)北至郭二莊井田北部邊界，南至午汲鐵路，東至-300m煤層底板等高線，西至-100m煤層底板等高線及南溝村保護(hù)煤柱線，面積約3.59Km2。設(shè)計(jì)開(kāi)采煤層為9#煤，賦存于太原組底部，煤層儲(chǔ)量豐富，平均厚度3.3m，地質(zhì)資源儲(chǔ)量2060萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量1328.4萬(wàn)噸，服務(wù)年限14.8年。9#煤直接頂及基本定為堅(jiān)硬的火成巖構(gòu)造，厚度為22.8～28.1m，屬巨厚堅(jiān)硬頂板，頂板穩(wěn)定性較好，難以自然垮落?；鸪蓭r的大面積侵入破壞了煤層的完整性與穩(wěn)定性，給礦井支護(hù)帶來(lái)了一定難度。

二、強(qiáng)制放頂技術(shù)研究

郭二莊礦二坑9#煤層火成巖頂板平均厚度達(dá)到了25m，而且質(zhì)地堅(jiān)硬，從開(kāi)采過(guò)程中對(duì)頂板活動(dòng)的觀察來(lái)看，該頂板很難隨采隨落，有的頂板懸頂達(dá)到40m～50m長(zhǎng)度時(shí)仍不能自然垮落，但此時(shí)懸頂垮落的風(fēng)險(xiǎn)及危害極大;當(dāng)懸頂面積達(dá)到4000mm以上時(shí)，很容易出現(xiàn)強(qiáng)烈的沖擊垮落，同時(shí)產(chǎn)生破壞力極大的沖擊風(fēng)暴，對(duì)礦井人員和設(shè)備設(shè)施帶來(lái)極大危害。因此，必須要在大面積懸頂出現(xiàn)之前采取強(qiáng)制放頂措施，以消除頂板大面積垮落的風(fēng)險(xiǎn)。頂板處理分為初采放頂和步距強(qiáng)制放頂兩個(gè)部分，初采放頂即在當(dāng)工作面初采時(shí)，如果初采面推進(jìn)至20米后火成巖頂板仍不能塌落時(shí)即開(kāi)始進(jìn)行初次強(qiáng)制放頂;初次放頂后隨著工作面的推進(jìn)，還要根據(jù)工作面直接頂?shù)乃淝闆r進(jìn)行步距強(qiáng)制放頂。通過(guò)上述放頂措施來(lái)改變巨厚火成巖頂板原有的垮落規(guī)律，在人工干預(yù)下避免堅(jiān)硬懸頂?shù)拇竺娣e形成。

（一）工作面支護(hù)措施

工作面采用ZY6000/22-45型掩護(hù)式液壓支架作為頂板的支護(hù)措施，采用架后人工放頂措施進(jìn)行頂板管理，在保證頂板足夠支撐力的基礎(chǔ)上使頂板實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的垮落。

（二）初次放頂

（1）初次放頂步距和高度的確定。初次放頂步距應(yīng)根據(jù)頂板厚度、巖性和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行確定。根據(jù)9#煤層火成巖頂板特性，沿回采方向依次布置放頂鉆孔，建議初次強(qiáng)制放頂間隔步距為10米。同時(shí)，在保證安全效益的前提下，適當(dāng)在初次來(lái)壓過(guò)后調(diào)整放頂步距，最大步距不超過(guò)15米，放頂高度為工作面采高的3～6倍，使其達(dá)到最佳放頂效果。

（2）孔深與最小抵抗線的確定。采用QZJ-100B潛孔風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，根據(jù)頂板巖體特性與實(shí)際厚度，最小抵抗線取2～4m;孔深第一層取4m，第二層取2.5m。

（3）放頂組數(shù)與孔深。在距工作面老塘10米處布置第一組初次強(qiáng)制放頂鉆孔，然后按照設(shè)計(jì)步距均勻布孔。在2個(gè)順槽巷對(duì)稱各打三組共7個(gè)孔，其中一組3個(gè)孔，孔深30m;二組、三組各2個(gè)孔，孔深分別為18m、15m。

（4）炮孔布局、角度和裝藥量。鉆孔水平角度呈扇形布置，仰角呈梯形布置，采用并串聯(lián)回路正向爆破，躲炮距離為200米。一組炮眼與工作面煤壁夾角為20°，二組炮眼與工作面煤壁夾角45°，三組夾角70°。使用二級(jí)煤礦許用水膠炸藥進(jìn)行爆破，裝藥長(zhǎng)度不大于孔深的2/3，其余部分用炮土、木楔和封泥進(jìn)行密封和填充;封孔長(zhǎng)度不小于孔深的1/3。

（三）步距放頂

如果初次放頂后工作面直接頂不塌，或者是塌落高度不足時(shí)，需進(jìn)行步距放頂。根據(jù)采面巖性特征和以前工作面來(lái)壓步距，步距放頂步距設(shè)置為10m;隨后可根據(jù)放頂后頂板塌落情況對(duì)步距進(jìn)行調(diào)整，以使直接頂達(dá)到足夠的塌落高度。步距放頂?shù)哪康氖潜苊獬霈F(xiàn)大面積懸頂，需要每隔一段距離就通過(guò)爆破的方式使頂板斷裂，為避免出現(xiàn)較大的懸頂垮落，需保證放頂步距不超過(guò)設(shè)計(jì)距離;如需增加步距則必須認(rèn)真調(diào)查頂板及其來(lái)壓情況，在保證安全的前提下謹(jǐn)慎增加。

三、應(yīng)用效果和效益分析

火成巖頂板表面凹凸不平，由于切眼沿火成巖掘進(jìn)，工作面初采時(shí)煤層上方的夾矸避免了液壓支架與火成巖表面的直接接觸，從而保證了支架受力均勻。經(jīng)過(guò)周期性放頂之后，堅(jiān)硬頂板在未形成大面積懸頂之前得到及時(shí)垮落，開(kāi)采過(guò)程中頂板來(lái)壓并不明顯。29204工作面在2019年8月～9月兩個(gè)月期間，共對(duì)采面火成巖頂板強(qiáng)制放頂12次，安全生產(chǎn)原煤6萬(wàn)多噸，收到預(yù)期效果。按照噸煤利潤(rùn)200元計(jì)算，僅此即為企業(yè)創(chuàng)效1200萬(wàn)元。在保證下組煤安全開(kāi)采的同時(shí)，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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