胡堅(jiān)強(qiáng)

（山西汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)有限責(zé)任公司）

在大型煤礦生產(chǎn)中頂板事故頻發(fā)，造成后果嚴(yán)重。特別是當(dāng)頂板巖性堅(jiān)硬、整體性好、難以自由垮落的情況下，工作面在初采時(shí)極易發(fā)生頂板事故。綜采工作面頂板采用自然垮落法管理，當(dāng)頂板堅(jiān)硬難冒落時(shí)，伴隨回采進(jìn)程的發(fā)展，采空區(qū)懸露的頂板越來(lái)越大，當(dāng)其自身抗變形能力無(wú)法承擔(dān)上部圍巖壓力時(shí)，將大面積突然冒落，形成巨大的沖擊波和頂板壓力，造成工作面的人員、設(shè)備受損；有時(shí)會(huì)造成瓦斯急劇涌出，遇到爆破高溫?zé)嵩磳?dǎo)致瓦斯爆炸。兩渡煤礦10#煤層老頂厚度為2.55～10.75 m，屬于冒落性差的致密石灰?guī)r，在初采期間必須施行強(qiáng)制放頂手段，形成采空區(qū)懸臂構(gòu)件，從而降低初次來(lái)壓步距，以避免頂板初次冒落對(duì)作業(yè)面回采造成的不利干擾。

1 工程概況

兩渡煤礦二采區(qū)位于崔家溝井田，可采煤層為9#、10#煤層。9#煤層賦存于太原組下段K2 灰?guī)r的下面，屬于穩(wěn)定可采煤層，平均厚度1.21 m。10#煤層頂板即為9#煤層底板，厚度為0.75～1.9 m，為軟弱、不穩(wěn)定的復(fù)合層。10#煤結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，煤層厚度為3.65 m，含2 層不穩(wěn)定夾矸。采區(qū)瓦斯相對(duì)涌出量為4.716 m3/t，為低瓦斯區(qū)。9#煤層直接頂為石灰?guī)r，質(zhì)地堅(jiān)實(shí)，含動(dòng)物化石，裂隙溶洞水，硬度系數(shù)f≈12，與煤層未緊密貼合，較難冒落，厚度為2.55～10.75 m，平均厚度為7.15 m左右，為塑性Ⅰ級(jí)頂板。煤層綜合柱狀圖見(jiàn)圖1?，F(xiàn)開(kāi)采的21008 工作面順槽長(zhǎng)2 150 m，切眼長(zhǎng)180 m，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，水文地質(zhì)情況為中等，無(wú)陷落柱和巖漿侵蝕，布置有120架ZY6000/30/42型液壓支架，在一次采全高綜采采煤工藝中使用強(qiáng)制爆破放頂，全部冒落法管理頂板。

2 強(qiáng)制放頂方案

2.1 強(qiáng)制放頂基本原則

（1）主動(dòng)破壞采空區(qū)頂板的整體性，防止其懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，減小初次來(lái)壓時(shí)頂板的垮落程度。

（2）根據(jù)地質(zhì)條件，制定放頂技術(shù)措施［1］。

（3）強(qiáng)化監(jiān)測(cè)工作，掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，更好地管理頂板；人工放頂?shù)臄?shù)量有一定要求，盡量將采空區(qū)填滿，這樣對(duì)上部巖層會(huì)有一個(gè)支護(hù)和緩沖的作用，減小了沖擊強(qiáng)度。并且，要對(duì)老頂進(jìn)行處理，使上覆巖層分步、分階段盡早垮落，避免一次垮落造成巨大的沖擊壓力而引發(fā)事故。

2.2 切眼強(qiáng)制放頂方案概述

針對(duì)兩渡煤礦21008 工作面致密堅(jiān)硬的灰?guī)r頂板，需根據(jù)工作面上覆巖層巖性和直接頂、基本頂?shù)暮穸仍O(shè)計(jì)具體的深孔爆破參數(shù)。在回采工作面安裝設(shè)備前先施工爆破鉆孔，在推進(jìn)4 個(gè)循環(huán)后起爆放頂，形成懸臂梁，降低初始來(lái)壓的步距和圍巖壓力。

2.3 爆破參數(shù)的確定［2］

（1）炮孔直徑。根據(jù)周?chē)V井預(yù)裂爆破經(jīng)驗(yàn)，炮孔直徑越大，爆破范圍就越大；爆破試驗(yàn)藥包規(guī)格為φ75 mm×400 mm，因此炮孔直徑確定為90 mm。

（2）放頂深度h。根據(jù)如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爆破產(chǎn)生有效放頂深度

式中，M為采高，取4m；KP為巖石體積膨脹系數(shù)，取1.1；計(jì)算得出h=6.15 m。

（3）炮眼深度L=h/cosα，其中h為爆破深度，m；α為炮眼傾角，按經(jīng)驗(yàn)選取α=30°，計(jì)算得L=7.10 m。

（4）炮孔間距L0。炮孔間距與炸藥種類(lèi)、藥量以及巖石性質(zhì)有關(guān)。目前爆破裂隙圈半徑計(jì)算公式較多、計(jì)算復(fù)雜，根據(jù)本礦經(jīng)驗(yàn)取9.0 m。

（5）炮眼布置。在距離切眼中心線2 m 處靠近保護(hù)煤柱側(cè)，呈直線分布，鉆孔間距為9 m；施工23個(gè)炮孔。根據(jù)巖性，炮眼長(zhǎng)度為6.0～12.0 m，平均長(zhǎng)度為7.10 m，垂深6.15 m，孔徑90 mm，傾角30°，以180 m切眼對(duì)稱(chēng)分布在中心線兩側(cè)，炮眼中心線到切眼中心線距離a=1.6 m。炮眼布置如圖2所示。

（6）爆破材料。爆破炸藥采用煤礦安全許用炸藥，煤礦許用毫秒延期電雷管起爆，采用串并聯(lián)方式，裝藥系數(shù)為0.65～0.85。起爆方式采用延期雷管導(dǎo)爆索起爆。

2.4 施工工藝方法

21008 工作面致密堅(jiān)硬的灰?guī)r頂板初采的預(yù)裂爆破工藝為定位鉆位→鉆孔、清孔→制作炸藥筒→裝藥并封孔→警戒隔離、撤人→聯(lián)線起爆→檢查盲炮、解除警戒，其中關(guān)鍵工序作業(yè)要點(diǎn)如下［3-5］。

（1）制作炸藥筒。用雙股導(dǎo)爆索將2 m 長(zhǎng)的PVC管穿在一起，用鐵絲穿過(guò)小孔擰綁住導(dǎo)爆索的一頭，另一頭從鋸開(kāi)小口穿出來(lái)，將這幾根PVC 管對(duì)折對(duì)齊后捆綁在一起。剩余導(dǎo)爆索盤(pán)起來(lái)也與PVC 管捆綁在一起。

（2）裝藥。工作面推進(jìn)4 個(gè)循環(huán)后即可裝藥，裝藥前敲幫問(wèn)頂，檢查頂板及兩幫，確保安全。裝藥前確保炮眼干凈，裝藥時(shí)用木制炮棍將上述PVC 管推入炮眼，作業(yè)中必須確保導(dǎo)爆索和藥包完好，嚴(yán)禁硬推、強(qiáng)擠藥包，而且將藥包推至規(guī)定位置，裝填密實(shí)。裝藥組跟班技術(shù)員記錄裝藥數(shù)量。手工填封泥長(zhǎng)度不小于1.5 m。把藥包、導(dǎo)爆索裝進(jìn)PVC管內(nèi)，管間用管箍固定。裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

（3）警戒、撤人。在放炮區(qū)域劃定警戒線，除爆破員外，所有人員撤到警戒線意外，躲在安全硐室等待起爆。

（4）起爆。工作面液壓支架確保初撐力，炸藥裝好后，從新鮮風(fēng)流到乏風(fēng)順序聯(lián)線；執(zhí)行“一炮三檢”制度。爆破員在確保安全前提下，使用BF-300 型起爆器起爆，各組爆破鉆孔分組裝藥、分次爆破，每次起爆2～3個(gè)炮孔。

3 礦壓觀測(cè)

3.1 測(cè)站布置

在工作面初采階段，礦壓觀測(cè)主要內(nèi)容為老頂初次來(lái)壓步距及周期來(lái)壓步距和工作面液壓支架阻力。利用液壓支架自帶的YHY60型礦用數(shù)字壓力計(jì)檢測(cè)工作面液壓支架阻力，每5 架液壓支架設(shè)置1 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，利用礦井礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)、自動(dòng)化地觀測(cè)初采之后的5個(gè)周期來(lái)壓，各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)及各種工況對(duì)頂板圍巖變化進(jìn)行觀測(cè)和管理。

3.2 數(shù)據(jù)分析

在工作面基本頂初次來(lái)壓由原來(lái)的30 m 變?yōu)?6 m，降低了懸挑長(zhǎng)度；預(yù)裂爆破前，工作面測(cè)站頂板單位面積載荷為35.0 MPa，預(yù)裂爆破后，工作面測(cè)站頂板單位面積載荷為27.0 MPa，減弱了基本頂初次來(lái)壓沖擊。初次來(lái)壓以后，工作面煤壁片幫減少，每隔8～9 m 周期來(lái)壓1 次。工作面測(cè)站45#、50#、55#、60#液壓支架單位面積載荷隨工作面推進(jìn)變化曲線如圖4所示。

4 結(jié) 論

兩渡煤礦10#煤層21008 綜采工作面堅(jiān)硬頂板采取深孔爆破措施進(jìn)行強(qiáng)制放頂，采用合適的爆破參數(shù)，實(shí)施正確的爆破工藝，有效降低堅(jiān)硬頂板初次來(lái)壓步距和支架載荷。該方法解決了頂板懸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、來(lái)壓沖擊力大的問(wèn)題，防止初次來(lái)壓沖擊波對(duì)工作面人員的傷害、設(shè)備破壞；爆破沖擊可降低9#與10#煤之間的夾矸強(qiáng)度，提高割煤效率；爆破切頂可降低工作面前方的圍巖應(yīng)力集中，減少片幫和巷道支護(hù)成本。