坚硬顶板强制放顶技术的探索

［ 张学亮 ， ３ 】 贾光胜 ， 徐刚． 深孔爆破弱化坚硬顶板参数优化分析 煤矿开采 ，０ ０ １（ １ ： — ８ ２ １ ，５ ０ ） ６ ２ ２
［］ 陈 明朝． ４ 主动强制放顶技术在初采时的应用叨． 中州煤炭 ，０ ６ ０ ） ２ ２０ （ ６ ： ． ４
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机发信号 ，当发现异常情况 时及 时发信号停车处
理， 使用 绞 车 时要 严格 执 行 其规 定 。放 在平 板车 上
的主泵 、 泥浆泵待拆火后 ， 用绞车运至钻机最近 利
的位 置 ， 用 临时挡 道器 打牢 。 再
仰 角 １ Ｌ
制 的来 压 步 距位 置 ， 样 才可 减 少钻 孔 工程 量 和 炸 这 药 消耗 量 ， 而 降低 顶板处 理成 本 。 从
１。进行施工。 ８ 在打钻孔的两巷内钻孑 Ｌ Ａ组与 Ａ组
对 称 ， 与 Ｂ组 对称 ， Ｂ组 以此类 推 。
３ 钻孔施工过程 中的安全技术措施
（） １确定 钻 孔角 度 时 ， 须先 将 钻机 支 垫 平 稳 ， 必
４ 结 束 语
１１０ ５３ ６综采 工作 面 １ ５号煤层 的大厚 度 坚硬 顶
参 数 均 同第二 钻场 。 Ｂ、 Ｄ、 Ａ、 ｃ、 Ｅ ５组 钻孔 平行 于工 作 面 进 行 施 工 ，、 Ｈ 三 组 钻 孔 与 工 作 面 交 叉 呈 Ｆ Ｇ、
板实施深孔预裂爆破的强制放顶技术 ， 对工作 面回 采工序干扰较小 ， 保证 了工作 面的安全生产 ， 消除 了对支架 的冲击损坏。但在实际操作过程 中， 应将 爆破 的位置选择在顶板拉应力最大 的区域和要控
参考文献 ：
［ 王金 国． １ ］ 浅析煤矿综采工作面强制放顶时应注意的几个问题 【． Ｊ神华科技 ，０ ９ ７ ５ ： — ７ Ｊ ２ ０ ，（ ） ４ １． １

Technical practice of forced roof caving by advanced loose blasting on hard roof of fully mechanized mining face
LI Mingqin (Major Coal Mine Production Technology Department , Yangquan 045000 , China) Abstract: In order to ensure the stability of the hydraulic support and the coal wall during the mining of 8210 working face, the influence law of the rotation Angle of the basic roof on the support and the coal wall was analyzed in detail, and the advance loose blasting scheme was de­ signed in combination with the working face, and the mining effect after the loose blasting of the working face was analyzed. The results show that the slabs of coal wall are effectively controlled in the mining process and the hydraulic support is stable after the working face adopts the advanced loose blasting. Key words: Basic roof ; Loose blasting ; caving

。
坚硬难垮落顶 板在 煤层采 出后 ，当悬露面积较大时 ，才 突然垮 落。２ Ｏ世纪８ Ｏ年代前 ，我国的大 同、北京 、乌鲁木齐、枣庄等矿 区大都采用刀柱采煤法 管理顶板 。每 回采一 定距 离后，在采空 区内 留设一定面积的煤柱支承 顶板 。这种方法可基本 保证工作面 回采期 间顶板 不垮落。但是 ，随着开采面积 的不断扩 大，所留煤柱应力逐 渐增大 ，终被压酥破坏 。当采 空面积达到一定 范围时，常常发生大 面积垮落 ，造 成剧烈的动力现象 。 同煤集团小峪煤矿 。山西 朔州 ０ ３ ６ ０ ０ ０）
【 摘
要 】坚硬顶板 难以 自 然垮 落，如 果不采取适 当措施促使
其垮 落 ，则其初 次垮 落步距会很 大 ，一旦垮 落，则 冒落面积很 大， 形 成 巨大 的 风 暴 ，对 工作 面威 胁 极 大 ， 因此 需要 采 取 适 当措 施 措 施 其垮 落。常见的处理方 法有超 前深孔预爆破松动煤体 或预 裂顶板 、 高压 预 注 水 弱化 顸 板 和 深 孔 爆 破 法 强 制 放 顶 。 【 关键词 】 坚硬 顶板显现特征 ；处理 方法
，
１ ． ２坚硬难垮落顶板工作面 的初 次来压特 征 工作面从切眼开始推进 回采 ，当悬露较大 面积 后才突然破断垮 落 ，工作面 出现强烈的来压显现 。坚硬难垮落项板 工作面初次来压 的另个特 点是 一次断裂、 垮落 的岩层 厚度大； 冒断厚度 可达１ ０ ￣２ ５ ｍ ， 甚至更大 。垮落岩石的块度大 ，有 的块度可达十几立 方米 ，甚至几 十立方米 。坚硬 难垮落顶板工作面初 次来压的第三个特 点是来压强 度 大 ，动 载 系数 高 ； 大 面 积 的 悬 顶 一 次 性 断 裂 垮 落 时 ，产 生 瞬 时 冲 击载荷 ，常损坏工作面 的支护设备 ，甚至造成人 员伤亡 等恶性事故。 １ ． ３坚硬难垮 落顶板 的周期来压特征 坚硬难垮 落顶 板工作面初次来压 后，随着工作面 的推进 ，支架 后方常形成较长 的顶板 悬臂，有 时可达２ ０ ￣３ ０ ｍ ，最大达到５ ５ ｍ 。由 于坚硬难垮落顶板 的岩石破断角较小 ，直接 顶垮落后形成 的矸石 垫 层 很 薄 ，有 时 甚 至 根 本 没 有 垫 层 ，致 使 未垮 落 悬 顶 与 垮 落 的矸 石 堆 没有任何力学联系 ，形成悬臂梁结构 。当悬臂达到一定极 限长度 时， （ ａ ） （ ｂ ） 才会断裂和垮落 ，使 工作面造成强烈 的周期 来压显现 。坚硬难垮落 图１工作 面内深孔放顶 顶板 工作面 的周期来 压特 点是 ：来压步距大 、动载系数高 ；来压 时 （ ２ ）平巷内钻平行于工作 面的深 孔 常对 支护设备造成动载破坏 ，甚 至危及 人身安全。 能减 少与生产作业的相互干扰 ，也可 利用 注水孔爆破，利用采 ２ 坚硬难垮顶板 的处理方法 空区顶板表 面作为 自由面 ，提高爆破效果 ，而 由于孔 比较深，应有 ２ ． １超前深孔预爆破松 动煤体 或预裂 顶板 相应 的钻孔设备 。在顶板为厚层砂岩时 ，可用Ｔ Ｘ Ｕ 一７ ５ 型油压钻 机或 其顶板或煤体是在采 煤工作面前方按相应 间距 向坚硬顶板或煤 回转钻机 ，钻孔 直径按钻机 能力和项 板岩性 在６ ０ ｍ ｍ ￣９ Ｏ ｍ ｍ 间选择， 体 内打 钻孔 实现预爆破松动 ，使坚硬岩层或煤体在某 区域 内破坏形 孔距可为 １ Ｏ ｍ ～１ ２ ｍ ，钻孔水平 的夹角６ 。～１ ２ 。，仰 角１ ４ 。～４ ５ 。。 成裂缝 ，实现 降低顶板 来压 强度的 目的 。 其钻孔 布置与注水孔类似 。 （ ３ ）地 面 钻 孔 爆 破 放 顶 爆后要 利用 孔 口不变形 的特 点，把静压水接ＮＳ Ｌ 口，减少粉尘 。超 在井 下无法进入 的大量坚硬岩层悬项或遗 留煤柱 区，距 地表很 前松动 方法 适应性强 ，使用 的专 用设备数量较少 ，对 于减缓大面积 浅 ，地面又有钻孔施 工条件 ，应采用由地面钻孔爆破放顶 。先在地 来压非 常有 效。其缺 点是大量 炸药爆炸污染井下空气 ；松 动爆破不 面用钻机 打出１ ０ ８ ｍ ｍ 的钻孔，为了提高爆破效果 ，通常要进行扩孔 易均匀 ，特别是松动顶板 ；在煤质松软和直接顶破碎 时不适合使用 ； 大药量爆破 。要采用封底爆破 或把药包按药壶位置 吊于钻孔 中，从 在高瓦斯矿井和煤层 中应用 ，要有绝对安全 的措施 。 下到上逐段实施爆破 。扩孔 后的钻孑 Ｌ 下部直径为３ ０ ０ ￣４ ０ ０ ｍ ｍ ，高度 ２ ． ２高压预注水弱化顶板 在２ ０ ｍ 。 运用钻 孔 向顶板注压力 水的办法 ，改变坚硬顶板 的力学性质， ３结束语 使它成为能垮 落的顶板 。压力水对 顶板岩石一般有压裂与 软化等作 由于煤矿与煤矿 的不同地质条件、顶板弱化方案也会不 同，应 用 ，水对顶板 的压裂作用主要包括 使岩 层增加裂隙 、裂缝 及使层理 按工作面顶板 的岩性 、经济成 本、方案安全性等确定顶板弱化 的方 分离 ，以减 少缝 隙间粘结力等 ，岩 石试 件浸水 的强度 降低 大小与试 法。超 前深孔松动爆破不影 响工作 面生产，且效果较 明显 ，应用 的 件是否有裂隙相关 。 较广些。 岩石均具 有吸水软化特性 ，实验表明，粘土胶结 的砂岩 较碳酸 参 考 文 献 ： 盐胶结 的砂岩 强度 降得多 ，平均 降低率 为４ ３ ％和ｌ ９ ％。节理裂 隙发 【 １ ］ 高木 福 ． 坚硬 顶板 处理 步距 的数 值模 拟 【 『 ］ ． 辽 宁 工程技 术 大学 学 育的岩石浸水软化效果 比较 明显。浸 水的时间愈长，强度也就 愈低 。 报． ２ ０ ０ ６ （ ５ ） ． 关于注水孔 的布置有 单侧 和双侧 ，根据 工作面长度和钻机 的能力确 ［ ２ 】 黄晋 兵 王台矿 井综采 工作面处理 坚硬 顶板技 术研 究 卟 煤炭科学 定 。孔距与浸润半径相 关，通 常，孔距应选择浸润直径 的３ ／ ４ ～２ ／ ３ 。 技 术， ２ ０ ０ ８ （ ９ ） ．

坚硬顶板综采工艺深孔强制放顶技术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。

标签：坚硬顶板；综采；深孔；强制放顶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。