高 旭

（西山煤電集團股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

1 工作面概況

西銘礦48705 工作面走向長度1 700 m， 傾斜長度220 m，開采8#煤層。 8#煤層煤層結構復雜，上中部夾一層0.80～3.50 m，平均2.42 m 厚的泥巖或砂質泥巖夾矸，煤層總厚度3.95～7.6 m，平均5.76 m，其中上分層厚度0.50～0.70 m， 平均0.63 m， 下分層厚度2.65～3.40 m，平均2.95 m，屬單一穩(wěn)定的中厚煤層。

根據(jù)煤層結構， 工作面兩順槽本應該托夾矸布置，但由于煤層上中部夾矸松軟、易碎，特別是采煤時頂板管理困難，故兩順槽均采用沿直接頂布置。 由于直接頂為石灰?guī)r， 平均厚度達3.08 m， 頂板完整性好，極為堅硬。 經(jīng)常會出現(xiàn)機頭機尾采空區(qū)懸頂面積大于2×5 m2。 導致采空區(qū)懸頂下大面積瓦斯積聚，頂板及上覆巖層的重量施加到留設煤柱上，嚴重影響相鄰巷道穩(wěn)定。 由于該盤區(qū)瓦斯涌出量較大，回采前必須將相鄰工作面順槽掘出， 作為瓦斯治理巷道，回采期間相鄰巷道受動壓影響較大，給相鄰巷道帶來大量的維修工程的同時，懸空頂板大面積垮落所造成的急增壓[1]，成為重大安全隱患。

為此，采取措施，讓采煤工作面端頭頂板在回采過程中及時垮落，從而消除瓦斯積聚危害，釋放頂板壓力， 減小下一工作面相鄰巷道圍巖壓力，避免巷道變形，具有十分重要的意義。

2 控制綜采工作面端頭懸頂方案

2.1 打眼放震動炮定向爆破預裂卸壓

以往對頂板的管理是采用在兩端頭架前打眼放震動炮， 待放炮區(qū)域進入采空區(qū)后使頂板垮落。這樣造成的結果如下：

（1）在兩端頭架前打眼放炮影響工作面的正常回采[2]，耽誤生產，且存在一定安全隱患。

（2）當采取措施時，懸頂面積已經(jīng)大于2×5 m2，待放炮區(qū)域進入采空區(qū)后，懸頂面積會更大。 措施采取不及時且無法制定施工循環(huán)。

（3）采用留設煤柱護巷回采，當回采工作面頂板進入采空區(qū)垮落不充分，不規(guī)律，直接影響相鄰巷道壓力過大，導致回采相鄰工作面時，需要擴幫拉底施工，工作量增大[3]。

（4）懸空頂板大面積垮落所造成的急增壓，端頭懸頂面積大導致瓦斯積聚， 對安全帶來了更大的隱患。

該方案人工、材料投入雖然較少，但實施起來既耽誤生產，懸頂問題又未得到有效處理，給安全帶來了隱患。 因此，不采用該方案。

2.2 淺孔定向爆破預裂和預打密集切頂卸壓孔

為確保在割煤移架后利用頂板自身的重量及上覆巖層的載荷， 使頂板在回采過程中及時垮落，采用提前在超前支架段對頂板進行淺孔定向爆破預裂和預打密集切頂卸壓孔的方法卸壓，減小下一工作面相鄰巷道圍巖變形。

（1）淺孔定向爆破預裂堅硬頂板

利用巖石耐壓怕拉的特性，采用雙向聚能拉伸爆破技術來實現(xiàn)對頂板的定向切割，將特定規(guī)格的藥包裝入按一定角度在兩個設定方向有聚能效應的聚能裝置，藥包起爆后，炮孔壁在非設定方向上均勻受壓，而在設定方向上集中受拉，致使巖體按設定方向拉裂成型；定向爆破的應用增加了爆破自由面， 使得炮孔連線方向上的切向應力顯著增加，提高了炮孔間裂隙貫通率和炸藥能量利用率[4]。

根據(jù)西銘礦實際地質條件，在超前支架外距煤柱幫0.2 m 處采用YTP-26 型風鉆打一列定向預裂炮孔，最終確定孔距為0.5 m，孔深為3 m，淺孔預裂炮孔與頂板垂直，當炮孔進入第三、第四組超前支架時裝藥放定向預裂炮。 從孔底聚能管開始裝藥并安設雷管和引線， 采用正向裝藥， 每孔裝藥2卷(每卷200 g)，裝好藥后，之后用聚能爆破定向桿調整聚能管切縫方向與巷道方向一致，調整完畢后裝水炮泥，再用黃土封口，封口時用木炮棍封嚴搗實炮孔，具體頂板預裂爆破技術參數(shù)及單軌吊巷道切頂預裂炮眼布置分別見表1、圖1。

表1 頂板預裂爆破孔技術參數(shù)

圖1 單軌吊巷道切頂預裂炮眼布置

（2）預打切頂眼弱化堅硬頂板

為解決端頭“三角懸板”問題，破壞裂隙發(fā)育不完全及堅硬頂板的整體性， 降低頂板抗拉強度，實現(xiàn)頂板隨支架推移及時垮落，減小懸頂面積，達到卸壓目的，在巷道內采用對頂板預打密集切頂卸壓孔的方法[5]，更加有利于頂板管理。

隨工作面的推進，在超前支架外5 m 內，距煤柱幫0.2 m 處打切頂卸壓孔眼距0.4 m， 排距2.4 m，眼深3.0 m。 卸壓孔垂直于頂板。 當回采通過切頂卸壓孔后， 利用頂板自身的重量及上覆巖層的載荷，使頂板及時垮落在回采過程中，具體切頂卸壓孔布置見圖2。

圖2 單軌吊巷道切頂卸壓孔布置

提前在超前支架段對頂板進行定向預裂爆破和切頂卸壓，弱化堅硬頂板的方法，提前施工不影響生產，但人工、材料投入多。

（3）主要創(chuàng)新點

利用雙向聚能定向爆破技術，在不破壞超前段頂板完整性的前提下，對頂板進行定向切割，同時結合切頂線方向打密集切頂卸壓孔施工，這樣既實現(xiàn)采空區(qū)懸頂不大于2×5 m2， 又能確?；仫L隅角瓦斯不超限，保證安全生產。

①采用定向爆破技術，對堅硬頂板進行定向切割，很好地保護了頂板的完整性。

②在切頂線方向打密集孔， 同時對頂板卸壓，在割煤移架后利用頂板自身的重量及上覆巖層的載荷，頂板能及時垮落。 保證了采空區(qū)懸頂面積不大于2×5 m2，有效地控制頂板面積，防止了瓦斯積聚。

③運用雙向聚能定向爆破，極大地保護了煤柱和相鄰巷道，為相鄰工作面的開采提供了有效的安全保障。

④相比端頭強制放頂，現(xiàn)在超前架前進行切頂卸壓施工，避免與生產相沖突，從而大大地提高了工作效率。

3 經(jīng)濟效益分析

通過在支架端頭預打設頂眼弱化頂板及定向爆破預裂頂板，在不采取強制放頂放炮措施的前提下，解決了工作面端頭懸頂面積過大的問題。 解決了工作面端頭頂板難以垮落的難題，工作面端頭的壓力明顯降低，有效地防止了工作面端頭懸頂突然垮落及瓦斯超限帶來的安全隱患。

1）工作進度效益。 未采取措施前，由于頂板垮落不及時，機尾懸頂造成大面積瓦斯積聚，工作面停機狀態(tài)時上隅角瓦斯0.6%以上， 開機后瓦斯易超限報警，為防止瓦斯超限致使采煤機無法提高牽引速度，平均一刀煤的截割時間為120 min，按0.8 m截深每天6 刀組織，回采該工作面需要354 天。 工作面推進速度較慢。

2）采煤量效益。 采用切頂卸壓措施后，頂板能夠及時垮落， 停機狀態(tài)時上隅角瓦斯?jié)舛?.2%左右，這樣采煤機割煤速度能適當提高，從原來每天6刀煤，提高為每天7 刀煤，平均90 min 一刀煤。 回采該工作面需要303 天，能提前51 天結束。 平均每天產量增加850 t。

3）安全效益。 按照集團公司規(guī)定，工作面端頭懸頂面積超過10 m2不垮落， 會受到直接經(jīng)濟處罰。 另外工作面推進后，若不對端頭堅硬頂板進行及時處理，頂板就會出現(xiàn)突然垮落，極易損壞工作面設備，甚至造成人員傷亡。

4 結語

在不破壞工作面端頭超前段頂板完整性的前提下，對頂板進行定向爆破切割，同時結合切頂線方向打密集切頂卸壓孔卸壓，不僅保護了煤柱和相鄰巷道，避免了與生產相沖突。 該技術在48705 工作面實踐過程中的應用效果好，既實現(xiàn)采空區(qū)懸頂不大于2×5 m2，又能確?；仫L隅角瓦斯不超限，保證安全生產，社會效益顯著。