坚硬顶板综采工艺深孔强制放顶技术

摘 要：重点介绍了肥城矿区八煤层坚硬顶板放顶设计及综合治理，提高生产效率，消除普采工艺带来的安全隐患，降低了工作面底板出水机率。

关键词：坚硬顶板； 综采； 深孔；强制放顶

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.063

1 地质概况

肥城矿区八煤层直接顶板厚3.8～6.63m，平均4.73m；岩性为四灰，灰至深灰色，质较纯，但夹有钙质泥岩，致密，厚层状构造，下部含黑色燧石结核，因而坚硬而色深，含较多的蜓蝌化石，形体大，保存完好，层位稳定。岩性坚硬，普氏硬度系数?=8.0～11.5，底面凹凸不平，垂直裂隙发育，常常形成复合顶板，破坏顶板完整性，属中等稳定顶板，一般不自行垮落，往往只缓慢下沉，采用冒落法管理顶板。八煤层受五灰、奥灰水威胁严重，若对该煤层进行开采，必须对五灰及奥灰水进行综合治理，同时必须对坚硬四灰顶板制定切实可行的强制放顶设计。

2 坚硬顶板综采面强制放顶设计

2.1 爆破方案

由于工作面顶板为坚硬的四灰，因此，工作面自切眼向前推进1.2m～1.6m后，可在切眼内的顶板上布置炮孔进行深孔爆破，使顶板由四面固支状态转化为三面固支，为顶板的初次垮落创造条件。

2.2 炮眼布置位置

顺切眼方向，由工作面上顺槽至下顺槽，每隔1.5m布置一炮孔，炮孔在工作面推进方向上垂直顶板，沿切眼方向倾向于上顺槽，倾角70o。

2.3 工作面顺槽断顶爆破

在工作面推采初期，由于工作面周围均为实体煤，顶板完整度高；或者工作面长度较短，由于实体煤侧顶板跨度小，不易断裂。此种情况下，初采阶段顶板沿顺槽上方不易断裂，矿山压力显现不够充分，即使在工作面支架后方采用强制放炮切顶，也会造成顶板冒放困难。此时可对综采工作面上下顺槽端头支架前方进行深孔预裂断顶，即在顺槽上方煤层顶板中人为形成自由面。结合切眼断顶，这样难以冒放的坚硬顶板由四面固支状态转化为容易断裂的悬臂梁，促进煤层顶板提前垮断，提高了顶板的冒放性。

根据截断爆破原理，将工作面巷道顶板预裂爆破松动，以提高巷道顶板的冒放性，可沿上下顺槽内帮打一排平行炮孔，提前将顺槽顶板爆破松动，并将煤层顶板预先截断，随着工作面的推进促使顶板更容易的冒落。

顺槽顶板截断炮孔从距开切眼20m处的两巷顺槽内开始布置，在方便打眼的情况下，炮孔尽量布置在顺槽内帮顶角处，沿采空区方向垂直向上，沿倾斜方向向顺槽内帮倾斜75o，炮孔间距1.6m。封孔垂直长度不小于2m，以不破坏巷道下层顶板为准。

2.4 工作面步距式断顶爆破

断顶采用在放顶线上方打眼放炮的方式进行处理。但是，由于传统的综采支架顶部及后方由钢板支挡，因此，打眼工作无法滞后进行，必须采取特殊措施进行处理，即在两架支架间或支架顶部预留打眼空间，支架的侧护板两侧均为活动式，可自由伸缩，当侧护板伸出时，可支护顶板，当缩进时，可在两架之间架设钻机进行钻眼，方便快捷，安全性较高。

2.4.1 放炮参数设计

在双侧可调活动宽侧护板式支架中间位置，向顶板岩层钻孔，为了达到更好的放炮切顶的效果，沿工作面倾斜方向，每两架支架架间均布置一个炮孔，炮孔倾向采空区方向，倾角75o，炮孔的间距1.5m；炮孔深度与断顶的范围有关，本工作面第一层顶板厚度平均为4.55m，采高1.65～2.60m，且炮孔间距较小，仅需崩落部分直接顶即可达到预期效果，因此，炮孔的深度可选为2.0m。

2.4.2 深孔装药与定炮方法

（1）装药方法。①采用长度合适的38mmPVC塑料管作为炸药的载体，导爆索长度根据装药长度而定；②每次装药前在距爆破筒顶部100mm位置用8号铁丝穿透塑料管两壁，铁丝两端要拧紧，防止炸药脱落；③把导爆索轻轻打结绑在第一块炸药上，起高爆破筒底部将第一块炸药和导爆索同时送至爆破筒顶部，再用同样方法将炸药逐块送至爆破筒内，每块炸药之间彼此密接，最后将导爆索另一端轻轻打结绑在起爆药卷上；④起爆药卷必须用2发同号毫秒延时电雷管（串联）连接，导爆索、电雷管要绑扎牢固，雷管与引线的连接部位要用绝缘胶布密封好，然后在引爆药卷的外端放入2块水泡泥；⑤爆破筒底部100mm位置要用8号铁丝穿透塑料管两壁，铁丝两端要拧紧，放炮引线要固定在8号铁丝上，防止引线被拉出；⑥两筒炸药之间需用联接头联接好。

（2）定炮方法。①定炮前，用塑料炮杆送入孔底，用清水冲孔或来回抽出炮杆清除炮眼内的岩粉，直至炮杆在孔内畅通为止；②定炮前首先把爆破筒放入炮眼内.由放炮员以及协助人员用塑料炮杆或小直径的PVC管将爆破筒送至炮眼底部，然后抽出炮杆或PVC管，用水泥药卷或黄泥封孔。如果采用水泥药卷，则要放到专用水桶内用清水浸泡不低于3分钟，在输送水泥药卷时，先将浸泡好的2快水泥药卷放在专用鸭嘴输送器上，为了提高封孔质量，每次往孔内输送不能超过2快水泥药卷，然后用专用鸭嘴输送器把水泥药卷送入孔口，由爆破工、定炮协助人员用炮杆匀速缓慢将水泥药卷送入孔内并捣实，同时抽出鸭嘴输送器，往返进行，直至达到规定的封孔长度，引线外漏部分2股线要扭结，用绝缘胶布密封好并悬空。爆破网路使用毫秒延期电雷管及导爆索引爆，每孔安装双雷管，联成串联起爆网路。

3 结语

该技术的成功应用，明显提高了肥城矿区8、9、10煤的综合机械化开采技术水平，适应当前发展形势，提高生产效率，消除普采工艺带来的安全隐患，降低了工作面底板出水机率，同时可解决含夹矸的坚硬项板承压水上综合机械化开采的难题，为我国部分矿区解决承压水上综合机械化开采提供了一种行之有效的方法。

作者简介：张海涛（1971-），男，山东肥城人，高级工程师，主要从事：采矿技术研究工作。endprint