坚硬顶板条件下煤层开采的人工强制放顶

王伟海

（七台河技师学院，黑龙江七台河 154600）

坚硬顶板条件下煤层开采的人工强制放顶

王伟海

（七台河技师学院，黑龙江七台河 154600）

人工强制放顶是在开采坚硬顶板条件下的煤层时，为减少采空区大面积悬顶对采场及人身威胁而向煤层顶板打深钻孔，并进行爆破，从而使坚硬完整的顶板离层、开裂以致软化。最终达到减少采空区顶板悬露面积，减小顶板初次来压和周期来压步距，减缓来压冲击载荷的目的。

坚硬顶板；煤层开采；人工强制放顶

当煤层之上无直接顶或直接顶很薄，垮落后不能填满采空区，而基本顶为坚硬、完整和厚度大的砂岩、砾岩或石葳岩时，这类基本顶称为坚硬顶板。坚硬顶板的强度很高，而裂隙又不发育，其分层厚度一般在4～10m以上，单向抗压强度一般达80～100MPa以上，弹性模量达20~40GPa。坚硬顶扳，特别是厚层难冒坚硬顶板存在的问题是，当采用刀柱采煤法或长壁垮落采煤法开采时，坚硬顶板能在采空区悬露很大面积而不垮落，初次来压和周期来压步距大，来压时产生动压冲击，容易损坏支架，严重情况下采空区悬顶面积可达几千、几万平方米。过去我国主要采用煤柱支撑法管理这类顶板，由于需要留设大量煤柱，工作面的采出率只有40%～60%。在坚硬顶板下采煤，顶板需要特殊处理。

人工强制放顶是在开采坚硬顶板条件下的煤层时，为减少采空区大面积悬顶对采场及人身威胁而向煤层顶板打深钻孔，并进行爆破，从而使坚硬完整的顶板离层、开裂以致软化。最终达到减少采空区顶板悬露面积，减小顶板初次来压和周期泰压步距，减缓来压时的冲击载荷，减小对工作面设备和人员威胁的目的。

1 井下长壁工作面强制放顶

要按工作面长度、顶板的岩性、结构及构造发育程度估算顶板初次来压和周期来压步距，而后设计人工强制放顶参数。按设计参数向顶板打一排或两排钻眼，装药爆破，迫使顶板开裂。

强制放顶工作在回采巷道内超前工作面进行时，即预先爆破强制放顶法，在强制放顶工作在工作面上、下端头及中部位置，并与采煤工作同步进行时，称同步爆破强制放顶法。在工作面顶板的人为破断线是大致平行于工作面的直线时，即一字形放顶法。当顶板的人为破断线为平行于工作面的阶梯状折线时称为台阶式强制放顶法。

1.1 步距式一字形放顶法

第一，超前工作面预先爆破强制放顶法。该放顶法的全部工序，包括钻孔、装药和爆破等都是在工作面顺槽内，或在工作面开采前方进行。采用该放顶法的目的是使坚硬完整的顶板产生爆破裂隙，并在采煤工作面经过时扩展，形成弱面，以降低顶板的垮落难度。在采煤工作面前方，按照一定间距向坚硬顶板钻深钻孔，进行预爆破松动，使坚硬岩层形成裂隙发育时，并在工作面经过时扩展，形成弱面，在移架或回柱后尽快垮落。一般认为，当工作面长度小于120～150m时，可采用单巷钻孔布置，当工作面长度大于150m时，可采用双巷钻孔布置。放顶的主要爆破参数是顶板处理高度、钻孔间距和钻孔的空间布置。为防止顶板沿煤壁切落，每组钻孔水平方向呈扇形布置，在垂面上，呈仰角12°～35°，钻孔长度随工作面长度变化，一般不超过60m，一组钻眼的间距小于周期来压步距。放顶工作一般要超前采煤工作面80～120m或工作面长度的2/3以上。超前工作面预先爆破强制放顶法的特点是：预爆破顶板的所有工序都在超前工作面的回采巷道中进行，采煤和预爆破顶板互不干扰，预爆破对采扬支护影响小。

第二，同步爆破强制放顶法。该放顶法的全部工作都在采煤工作面上、下端头及中部进行，放顶的部分工作需要工作面停产，其特点是：放顶步距可随工作面的情况调节，直接顶垮落的同时，使基本面产生裂隙，缩短来压步距，减少来压时的巨大冲击载荷。能适应于高瓦斯煤层的开采。采煤工作相互干扰，制约了采煤工作面的生产效率。爆破产生的冲击载荷对工作面支护不利。

1.2 台阶放顶法

在沿采煤工作面布置方向上，将采空区顶板切落线分成2段或3段，使底板的切落线形成平行于工作面的阶梯形折线，这样的放顶称为台阶放顶法。在准备班内完成各段的钻眼、爆破等工序，一般综采工作面内前后台阶错距为2m，普采工作面错距为1.0～1.5m，钻眼孔径一般为60~64mm，孔深小于4倍采高。这种放顶法同时放顶的规模小，顶板垮落时对采场支护的影响小，由于作业人员较多，对采煤工作影响较大，适用于周期来压强烈，但来压步距差不明显的坚硬顶板。

2 井下刀柱工作面强制放硕

2.1 刀柱间通头放顶法

这种放顶方法是在采空的刀柱工作面内，沿工作面全长以一定间距向顶板打一排放顶钻跟，然后装药爆破，迫使顶板断裂放落，钻孔布置及爆破参数要根据现场具体条件确定。根据放顶线及放顶作业方式，该放顶法分为正台阶放顶法和反台阶放顶法。

2.2 刀柱间封口救顶法

这种放顶方法是刀柱工作面采空后，在刀柱工作面的上、下两端，沿顶板向采空区方向钻跟爆破，迫使顶板垮落，堵死通向采空区的通道，以防止采空区顶板大面积垮落时造成灾害。

［1］霍丙杰，张宏伟.煤层复杂性评价理论探讨［J］.世界科技研究与发展，2010，（10）：76.

［2］栗成杰，李树伟.综采工作面端头大面积悬顶控顶技术［J］.煤炭科学技术，2008，（08）：64.

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1674-8646（2016）01-0040-02

2015-10-17

王伟海（1981-），男，黑龙江七台河人，讲师，主要从事采矿工程教学与研究。