姚潤祥

(陽煤集團 三礦， 山西 陽泉市 045008)

堅硬頂板強度高，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，具有整體性好和自穩(wěn)能力強等特點，在開采過程中容易形成大面積懸頂，特別是回采初期懸頂面積更大。在該頂板條件下采用綜放開采，初采期間由于采空區(qū)頂板不能及時垮落，極易產(chǎn)生頂煤破碎、支架不接頂、移架困難，工作面漏風(fēng)嚴(yán)重等安全隱患。突然大面積垮落時，又會對支架造成大的沖擊性破壞，同時將采空區(qū)內(nèi)的有害氣體瞬間擠出，從而致使采煤工作面瓦斯含量超標(biāo)，甚至形成破壞性巨大的颶風(fēng)和沖擊地壓。鑒于生產(chǎn)實踐的迫切需求，本文以佳瑞煤業(yè)15101綜放工作面為研究背景，分析初采工作面中頂板預(yù)裂技術(shù)的應(yīng)用情況。

1 工作面概況

佳瑞煤業(yè)15101工作面開采15號煤層，煤層厚度一般5.00～8.57 m，平均厚度6.33 m；直接頂平均厚度10.8 m，主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部相變?yōu)榉凵皫r及細粒砂巖；老頂厚度5.00～7.85 m，為中厚層狀灰色石灰?guī)r，巖層致密堅硬。因為工作面老頂石灰?guī)r厚度大，所以在回采過程中頂板很難垮落，會出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象，給人員和設(shè)備安全造成威脅。鑒于此，有必要對15101工作面采用頂板預(yù)裂技術(shù)。

2 頂板預(yù)裂方案

2.1 炮孔布置

根據(jù)佳瑞煤業(yè)15101工作面自身情況專門制定了《15101綜采工作面頂板預(yù)裂實施方案》，通過把理論和實踐經(jīng)驗相結(jié)合，確定深孔爆破孔徑為75 mm，封泥長度占炮孔長度的20%～30%，徑向裝藥不耦合系數(shù)為1.25[1]。

開切眼長150 m，共布置21個炮孔，炮孔編號分別為1～21號，施工炮眼總長456.72 m，總裝藥量892 kg。炮孔軸線方向平行于切眼軸線方向，炮孔均在距開切眼外幫0.5～1.2 m范圍內(nèi)施工(考慮頂板錨桿、錨索位置，可在此范圍內(nèi)調(diào)整)。炮孔布置見圖1。

圖1 佳瑞煤業(yè)15101工作面頂板預(yù)裂炮孔布置

2.2 起爆順序

根據(jù)炮孔設(shè)計進行打孔，采煤機割2刀煤后對炮孔進行裝藥、聯(lián)線和爆破。放炮使用MFB-200型電容式起爆器，采用“局部并聯(lián)，總體串聯(lián)”的聯(lián)線方式，分組裝藥、分次爆破，每次起爆最多不超過3個炮孔[2]。從切眼的軌道順槽向膠帶順槽方向依次起爆：1、2→3、4→5、6、7→8、9、10→11、12、13→14、15、16→17、18、19→20、21。

3 實施效果

3.1 爆破期間瓦斯和CO濃度監(jiān)測

在工作面上隅角、軌道順槽及膠帶順槽安裝有瓦斯傳感器和CO濃度檢測儀，在炮孔爆破時用來監(jiān)測瓦斯?jié)舛群虲O濃度。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：爆破期間CO濃度和瓦斯?jié)舛染闯蕖?/p>

3.2 頂煤垮落情況

所有炮孔爆破完以后，43#～46#支架上方的頂煤崩裂，50#支架上方局部頂煤垮落，可見到矸石，其它部分頂煤未冒落。

隨著工作面推進到3.2 m時頂板錨網(wǎng)支護出現(xiàn)垮落下沉現(xiàn)象，當(dāng)工作面推進到4.8 m時可看到大量頂煤落下并伴有矸石，說明頂煤大部分垮落，故可以確定15101工作面頂煤初次垮落步距為4.8 m。隨著工作面繼續(xù)向前推進，采空區(qū)懸頂面積越來越大，在工作面推進到18 m時頂板中不時傳來巖層斷裂聲音，這說明頂板巖層達到抗拉極限而發(fā)生斷裂，當(dāng)工作面推進到21 m時采空區(qū)頂板大面積冒落并伴有沖擊波形成，表明工作面直接頂已經(jīng)垮落，初次垮落步距為21 m[3]。

3.3 炮孔爆破效果

15101工作面爆破后與鄰近工作面相比，平均垮落步距縮小了近10 m左右，懸頂面積明顯減小。工作面推過以后，沒有出現(xiàn)大面積頂板垮落帶來的安全隱患，巷道礦壓觀測正常，瓦斯、CO等氣體含量也在正常范圍內(nèi)；瓦斯高抽巷穩(wěn)定性良好，頂板爆破預(yù)裂對該巷道的影響較小。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

本次試驗共投入77.4萬元，其中科研費用46萬元，設(shè)備費用25.5萬元，材料費用1.7萬元，人員費用4.2萬元。

試驗的收益主要來源于提前回收的頂煤，工作面長150 m，煤層平均厚度6.33 m，采高3.0±0.1 m，頂煤平均厚度3.33 m，容重1.39 t/m3，此次采用頂板預(yù)裂技術(shù)的工作面與之前未采用該技術(shù)的相鄰工作面相比，至少可以提早回收頂煤15 m左右，計7776 t，銷售收入349.9萬元，總效益為272.5萬元。

4.2 安全效益分析

通過實施該工業(yè)性試驗，可以大大減小工作面懸頂面積以及直接頂初次垮落步距，消除由此帶來的安全隱患，從而實現(xiàn)了15101工作面初采期間安全、高效生產(chǎn)。

采用頂板預(yù)裂技術(shù)后可以有效避免下述現(xiàn)象的出現(xiàn)：

(1) 懸頂面積過大致使工作面漏風(fēng)，有些區(qū)域甚至無風(fēng)流，導(dǎo)致該區(qū)域瓦斯或CO濃度超限；

(2) 懸頂面積過大頂板突然垮落，在短時間內(nèi)支架立柱下縮量驟然增加，導(dǎo)致有的支架被壓壞甚至壓死；

(3) 回采巷道變形嚴(yán)重、煤壁片幫。頂板未及時垮落，采空區(qū)上覆巖層施加到周圍巖體的壓力增大，支撐煤柱和回采煤層的支撐壓力也相應(yīng)增大，直接導(dǎo)致回采巷道變形嚴(yán)重、煤壁片幫等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié) 語

由于佳瑞煤業(yè)15101綜放工作面老頂為灰白色石灰?guī)r，致密堅硬，且相鄰工作面的相互影響，回采過程中頂板很難垮落，出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象,給工作面安全生產(chǎn)帶來隱患。通過在15101工作面進行開切眼深孔預(yù)裂處理堅硬頂板，將頂板初次來壓變?yōu)橹芷趤韷?，有效減小了工作面頂板的初次來壓步距，消除了頂板大面積垮落時導(dǎo)致的工作面瓦斯超標(biāo)、移架困難等問題，杜絕了由于大面積頂板來壓對設(shè)備和人員的危害，防止了工作面漏風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，保證了工作面安全高效回采[4]。

參考文獻：

[1]孫建軍，徐 剛.深孔爆破弱化堅硬頂板技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦開采，2008，13(3):89-90.

[2]崔樹江，張百勝.綜放工作面采前頂板弱化技術(shù)研究[J].中國煤炭，2012，38(11)：41-43.

[3]邢延團.大采深綜放工作面頂板運動規(guī)律研究[J]. 能源技術(shù)與管理，2007(3):28-29.

[4]楊建中.綜放工作面初采前頂板弱化技術(shù)研究[J].煤，2013，22(7):27-29..