索詠旭

摘要：對于厚重堅硬的火成巖頂板需采用人工強(qiáng)制放頂?shù)霓k法，在火成巖懸頂達(dá)到極限跨距步距之前采用鉆孔爆破的方式使其提前強(qiáng)制垮落，繼而避免大面積懸頂?shù)某霈F(xiàn)，杜絕因此而產(chǎn)生的強(qiáng)烈坍塌風(fēng)暴和各種礦井地質(zhì)災(zāi)害。

關(guān)鍵詞：火成巖頂板;強(qiáng)制放頂;技術(shù)研究

在礦井開采中，由巨厚火成巖構(gòu)成的堅硬頂板具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，短期內(nèi)不易自然垮落，初次垮落步距是普通堅硬頂板的三倍以上，在采空區(qū)很容易形成大面積的懸頂。大面積懸頂對于采面安全生產(chǎn)來說是極大的威脅，會對支架和兩幫煤壁產(chǎn)生極大壓力作用，存在大面積垮落的風(fēng)險。一旦出現(xiàn)大面積懸頂垮落便會形成強(qiáng)烈的坍塌風(fēng)暴，不僅會對井下的人員、設(shè)備直接產(chǎn)生沖擊，還會引發(fā)很多不確定的次生的地質(zhì)災(zāi)害，往往會造成嚴(yán)重的人員和財產(chǎn)損失。因此，如何防止大面積懸頂?shù)某霈F(xiàn)也是火成巖堅硬頂板下煤礦安全開采的關(guān)鍵。對此，需采用人工強(qiáng)制放頂?shù)霓k法，在火成巖懸頂達(dá)到極限跨距步距之前采用鉆孔爆破的方式使其提前強(qiáng)制垮落，繼而避免大面積懸頂?shù)某霈F(xiàn)，杜絕因此而產(chǎn)生的強(qiáng)烈坍塌風(fēng)暴和各種礦井地質(zhì)災(zāi)害。本文結(jié)合郭二莊礦火成巖頂板管理實踐，對堅硬頂板強(qiáng)制放頂技術(shù)進(jìn)行了研究。

一、強(qiáng)制放頂作用機(jī)理

火成巖質(zhì)地堅硬，單向抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa以上;并且?guī)r體結(jié)構(gòu)中的裂隙、層理、節(jié)理等都不發(fā)育，整體穩(wěn)定性好，在下壓煤層開采之后很難自然垮落。以郭二莊礦四采區(qū)為例，煤層上下均有火成巖侵入，頂板均為火成巖構(gòu)成，平均厚度為25m。老頂初次來壓步距一般可達(dá)數(shù)十米，老塘懸頂面積要達(dá)到幾千平方米時才會冒落。如此大面積的堅硬頂板瞬間垮落下來，不僅由于自身重量會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊破壞，更為嚴(yán)重的是會將采空區(qū)空氣瞬時擠出，空氣在壓力作用下形成巨大的坍塌風(fēng)暴吹倒附近的支架，破壞通風(fēng)系統(tǒng)，傷及人員設(shè)備;并引起其它次生的地質(zhì)災(zāi)害。強(qiáng)制放頂就是通過人工爆破的辦法，人為地破壞頂板的完整性，縮短工作面初次來壓步距和減少老塘懸頂面積。如此則可以減弱頂板冒落時產(chǎn)生的沖擊風(fēng)暴，避免頂板來壓時對采場的危害。

二、強(qiáng)制放頂?shù)氖┕ぜ夹g(shù)措施

1、確定強(qiáng)制放頂步距

確定放頂步距是強(qiáng)制放頂作業(yè)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是保證放頂施工和頂板安全的關(guān)鍵。步距過小會影響推進(jìn)速度，增加不必要的放頂工作量;步距過大則可能存在頂板坍塌冒落的風(fēng)險。確定老頂?shù)臉O限跨距步距則是最為理想的方案?；夭擅嫱七M(jìn)之后，老頂?shù)牧W(xué)模型可簡化為間質(zhì)量受力模型，采空區(qū)側(cè)壁為簡支，采面煤壁端尾固定支架。由此可根據(jù)下面公式計算出老頂所承受的荷載：

q=KMR

式中M為回采面最大開采厚度;R為巖體容重;K為老頂上部巖體厚度系數(shù)。通過帶入相關(guān)系數(shù)可求的q值（kN/m2）。

求得q值之后，可繼續(xù)采用下列理論公式計算出老頂?shù)臉O限跨距步距。

L=h√4R/3q

式中h為巖體厚度;q為巖體受到的荷載;R為老頂抗壓極限強(qiáng)度。

2、布置爆破鉆孔

爆破鉆孔應(yīng)按照“總體串聯(lián)”、“局部并聯(lián)”的方式布置，以確定的垮落步距和懸頂面積為限，在采面進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)巷每隔30m距離布置一組深孔預(yù)裂爆破鉆孔，每組鉆孔根據(jù)頂板寬度布置5～10個預(yù)裂炮眼。為保證爆破效果，每組預(yù)裂爆破鉆孔應(yīng)錯開角度，一部分與回采面平行布置，一部分與巷道中心線呈18°角。采用刀柱采空區(qū)強(qiáng)制放頂，打眼工具使用鑿巖機(jī)打眼，炮眼布置為：眼距1.0 米，眼深2米，仰角60-75度，沿工作面上下安全出口方向布孔。每眼炮眼裝藥量為4節(jié)0.6kg。

3、鉆孔施工

施工時需用羅盤標(biāo)確定鉆孔的方位與角度，并做好標(biāo)記，然后再進(jìn)行鉆孔施工。鉆孔時需掌握好鉆頭的鉆進(jìn)角度與鉆進(jìn)速度，平穩(wěn)緩進(jìn)，以避免鉆孔的位置和角度出現(xiàn)偏差。一組鉆孔施工完畢后，需采用絞車?yán)豌@機(jī)，按照設(shè)定的距離進(jìn)行下組鉆孔的施工。

4、爆破間隔

回采工作面初次強(qiáng)制放頂時，放頂硐室中心線位置距離回采面煤壁需大于14m;周期性放頂煤時，該距離需不小于40m。

5、起爆順序

爆破宜采用分組爆破的方式，按照由內(nèi)及外的順序，分組裝藥、分組爆破，每次起爆兩個炮眼。

三、強(qiáng)制放頂安全技術(shù)措施

1、加強(qiáng)支護(hù)管理

工作面支柱必須落正頂?shù)匕?，?yán)禁歪斜，不符合的支架必須返工，逐步實施采煤工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理。根據(jù)支護(hù)管理要求，每推進(jìn)一排為一個循環(huán)，在切頂排回柱后，切頂線向煤壁排移動，如果初次放頂后，頂板不能自然冒落，則必須采取強(qiáng)制放頂?shù)霓k法處理采空區(qū)空頂。在強(qiáng)制放頂前，必須把空頂距范圍內(nèi)的支護(hù)打好，有泄壓的支柱必須更換，上下安全出口20米加強(qiáng)支護(hù)到位，切頂線排支護(hù)必須加打密集支柱，局部壓力大的地段需打戧柱。

2、規(guī)范人員操作

采取強(qiáng)制放頂打眼時，為保證作業(yè)安全，操作人員必須在最后一排控頂距內(nèi)打眼，嚴(yán)禁在采空區(qū)內(nèi)操作;當(dāng)工作面向煤壁推進(jìn)時，炮眼則露在控頂距外。操作人員向頂板打眼前，必須先檢查打眼范圍內(nèi)的支護(hù)是否故牢固，頂板有無脫層、離層現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隱患時必須先排除隱患，直到頂板安全為止，經(jīng)跟班管理人員檢查安全后才能打眼。如果頂板在控頂距范圍內(nèi)出現(xiàn)斷裂情況的，跟班管理人員在現(xiàn)場監(jiān)督打柱工加強(qiáng)支護(hù)外，結(jié)合頂板的來壓情況，能自行垮塌的頂板，則不需要采取人工打眼強(qiáng)制放頂。當(dāng)支柱向煤壁移動，炮眼露在采空區(qū)時，現(xiàn)場跟班管理人員組織人員安排炮破放頂工作，每推進(jìn)一個循環(huán)，根據(jù)頂板的來壓情況，采取相應(yīng)的放頂措施。實行強(qiáng)制放頂炮破時，必須撤出一切與強(qiáng)制放頂無關(guān)的人員，放炮站設(shè)在距采煤工作面大于120米處，并設(shè)崗警戒;爆破后必須經(jīng)過安監(jiān)技術(shù)人員確認(rèn)后方可恢復(fù)采面正常作業(yè)。

四、結(jié)語

強(qiáng)制放頂是一種主動的，通過人工干預(yù)防止頂板大面積冒落的技術(shù)手段，是回采作業(yè)中針對厚重堅硬的火成巖頂板最為有效的措施。在類似于郭二莊這類低瓦斯礦井中具有良好的應(yīng)用效果。

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