文/呂宏京

康城煤礦火成巖堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂技術(shù)的探析及應(yīng)用

文/呂宏京

作為一座資源枯竭型礦井，冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)康城煤礦主采2#煤層已無(wú)可采儲(chǔ)量。為了保證礦井生存與發(fā)展，盡可能地發(fā)掘現(xiàn)有煤炭資源，以延長(zhǎng)礦井生產(chǎn)壽命，提高礦井效益，康成煤礦決定對(duì)下組煤進(jìn)行開(kāi)采。1902工作面作為下組煤首采工作面，其北部煤層直接頂板為巨厚堅(jiān)硬火成巖。由于其巖石抵抗破壞的極限強(qiáng)度大,煤層開(kāi)采后可在采空區(qū)形成大面積懸頂,短期內(nèi)不易自然垮落。其初次垮落步距是普通堅(jiān)硬頂板的2~3倍,周期來(lái)壓步距是普通堅(jiān)硬頂板的3~4倍。一旦垮落，給采面的安全生產(chǎn)帶來(lái)極大的威脅。為此，康城煤礦通過(guò)研究火成巖堅(jiān)硬頂板的形成機(jī)理，摸索出一套在初次放頂過(guò)程中人工“強(qiáng)放”的安全技術(shù)措施，保證了下組煤后續(xù)工作面的正常生產(chǎn)，在條件類(lèi)似的礦井具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

一、火成巖堅(jiān)硬頂板的形成機(jī)理

1.工作面頂板產(chǎn)狀分析

(1)1902工作面開(kāi)采條件

1902工作面切眼頂板全部為H2火成巖，頂板厚度2.5～8.4m，平均厚度5.3m。H2火成巖侵入層位于8#~9#煤頂板之間。

1902工作面北部煤層頂板為H2火成巖，厚度8.4m，對(duì)煤層厚度影響較大，常有頂壓、煤壕等現(xiàn)象。當(dāng)從煤層頂侵入到煤層底時(shí)，則形成切割帶、巖墻現(xiàn)象。

(2)工作面回采后頂板產(chǎn)狀分析

技術(shù)人員根據(jù)對(duì)1902工作面實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，并結(jié)合前期資料及實(shí)際產(chǎn)狀可以看出，巖漿以巖墻狀、條帶狀、兜狀等形式侵入煤層中，導(dǎo)致煤層厚度不一。淺色閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)斑巖在1902工作面侵入較為普遍。

2.特殊復(fù)雜頂板產(chǎn)狀的形成機(jī)理

(1)實(shí)際觀測(cè)到的工作面不穩(wěn)定巖層形成機(jī)理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和分析，9#煤頂板火成巖形成初期，伴隨著地殼的上升運(yùn)動(dòng)而上升。在此過(guò)程中，較大范圍內(nèi)頂板上升速度大于煤層上升速度，因此頂板與煤層脫離，在此兩者相互分離，形成較大間隙，上方巖漿巖大范圍侵入此空間。

同時(shí)，根據(jù)巖漿侵入巖塊的大小，可以判斷出較大的巖塊顆粒是巖漿最早侵入的塊體，運(yùn)動(dòng)速度快，流動(dòng)距離遠(yuǎn)，集中在遠(yuǎn)端位置；隨后的巖漿侵入塊體較小，運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力較大，集中在近端。

(2)切眼位置到初次來(lái)壓的頂板產(chǎn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，發(fā)現(xiàn)自切眼到頂板初次來(lái)壓位置較大的區(qū)域范圍內(nèi)，煤層頂板呈現(xiàn)出典型的復(fù)合型堅(jiān)硬頂板形態(tài)，巖層的走向角度以及巖層厚度變化不大，賦存情況較為穩(wěn)定，屬于在地層形成初期的成層巖系，沒(méi)有經(jīng)過(guò)后期較大的地層運(yùn)動(dòng)或未收到后期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的較大影響，呈現(xiàn)出較為規(guī)整的原生地層產(chǎn)狀。因此，此區(qū)域范圍內(nèi)頂板對(duì)煤層的生產(chǎn)影響偏弱，但由于老頂為閃長(zhǎng)巖和野青灰?guī)r的復(fù)合體，巖體十分堅(jiān)硬，強(qiáng)度較大。

二、火成巖堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂方案

1.放頂步距的確定

根據(jù)測(cè)定結(jié)果，并結(jié)合類(lèi)似條件煤礦強(qiáng)制放頂爆破參數(shù)，計(jì)算得出老頂周期來(lái)壓步距為10m左右，從而確定放頂步距為10米。

2.頂板冒落帶高度計(jì)算

式中：M—采高;

K—巖石碎脹系數(shù)取1.4;

本工作面放頂高度確定為H＝5m。

由于煤層存在傾角，直接頂板冒落后形成堆積的安息角可能小于水平煤層的安息角。因此應(yīng)在采空區(qū)鋪設(shè)擋板，保證直接頂冒落后形成較大安息角，使垮落巖塊能較好的接頂，起到支撐作用。

3.最小抵抗線及孔深的確定

根據(jù)1902工作面頂板情況和炸藥參數(shù)，最小抵抗線取2～4m，則第一層孔取W1=3m，第二、三層孔取W2、W3＝2m。

4.放頂組數(shù)及孔深的確定

在工作面兩巷各布置兩組孔：一組三層三個(gè)孔A1、A2、A3，與工作面傾向夾角15°，孔深均為28m。一組兩層兩個(gè)孔B1、B2，與工作面傾向夾角30°，孔深均為18m。工作面中部布置兩組三層三個(gè)孔C1、C2、C3和D1、D2、D3，垂直工作面傾向，孔深均為15m。

5.鉆孔的角度

(1)兩巷鉆孔參數(shù)

水平角度（與煤壁的夾角）。由于步距放頂步距為10m，考慮上一次放頂對(duì)頂板的破壞及爆破時(shí)不能損壞支架等因素，與工作面水平角度確定A組孔為15°，B組孔為45°。

仰角。1902工作面傾角平均為15°。經(jīng)計(jì)算：在上巷實(shí)際打孔的角度為：A1孔＝-6°，A2孔＝0°，A3孔＝7°，B1孔＝0°，B2孔＝10°。在下巷實(shí)際打孔的仰角為：A1孔＝24°，A2孔＝30°，A3孔＝37°，B1孔＝30°，B2孔＝40°。

(2)工作面中部鉆孔參數(shù)

由于工作面傾斜寬84m，且受礦井現(xiàn)有鉆機(jī)設(shè)備的影響，上下巷鉆孔深度各為28m。因此需要在工作面中部做兩個(gè)鉆窩，垂直于工作面傾向向老塘打眼，進(jìn)行爆破作業(yè)。鉆孔位置為第一組孔距上巷36m，第二組孔距上巷48m，兩組孔間距12m。鉆孔參數(shù)是第一組三層三個(gè)孔C1C2C3；第二組三層三個(gè)孔D1D2D3由于從架前打孔，中部鉆孔的水平角度與煤壁垂直。仰角角度為C1＝D1=150，C2＝D2=26°，C3＝D3=38°。

6.各孔之間的相互距離和打孔順序

每組孔孔間距均為200mm；如A1與A2、A2與A3孔間距均為200mm。每組鉆孔的第一個(gè)孔距離煤壁可取70～1000mm。打孔順序?yàn)樯舷顰組孔、B組孔，工作面中部C組孔、D組孔，下巷A組孔、B組孔。

7.裝藥長(zhǎng)度和封孔長(zhǎng)度

裝藥長(zhǎng)度（LZ）應(yīng)不大于孔深的2／3，封孔長(zhǎng)度（Lf）應(yīng)不小于孔深的1／3。

三、火成巖堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂?shù)氖┕し绞?/h2>

1902工作面傾斜寬度84m，提前在工作面上下巷每間隔10m施工鉆孔，超前2~3個(gè)步距，上下巷鉆孔施工與早班和檢修平行作業(yè)，當(dāng)采夠一個(gè)步距后，工作面停止生產(chǎn)，在工作面施工2個(gè)鉆窩，并打鉆孔2組，裝藥，三個(gè)班完成以上工作。然后，次日早班放炮，中部開(kāi)始生產(chǎn)，進(jìn)入下一個(gè)步距放頂，以此循環(huán)。當(dāng)頂板局部放頂高度有差距時(shí)，需在工作面上下隅角，采取補(bǔ)打鉆孔，施行局部放頂，并對(duì)上下巷切頂線內(nèi)的頂板錨桿進(jìn)行退錨，利于上下隅角頂板冒落。

四、結(jié)語(yǔ)

康城煤礦自實(shí)施火成巖堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂方案以來(lái)，步距放頂時(shí)間由原來(lái)的5個(gè)班縮短為3個(gè)班，每班節(jié)約6人，平均月推進(jìn)40m，每月節(jié)約用工24個(gè)，每工180元，年節(jié)約工資5.1萬(wàn)元；工作面循環(huán)產(chǎn)量160噸，2個(gè)班完成3個(gè)循環(huán)，每步距可多出煤480噸，每月多出煤1920噸，噸煤成本410元，售價(jià)480元，年盈利13.4萬(wàn)元，綜合效益18.5萬(wàn)元。同時(shí)，該項(xiàng)成果的成功應(yīng)用，確保了礦井正常生產(chǎn)，提高了礦井產(chǎn)量，使下組煤開(kāi)采有了可靠的保障，為礦井后續(xù)工作面的回采奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

（作者單位：冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)康城煤礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）