坚硬顶板工作面强制放顶技术试验

温耀军

（山西义棠煤业有限责任公司，山西 晋中 032000）

1 地质条件

山西义棠煤矿090102工作面位于下组煤东翼大巷以南，南沟煤矿以北，090101工作面采空区以西，090103工作面（未采）以东。工作面平均埋深438 m，走向长度为752m，倾斜长度为180m，采高为2.4 m；主采煤层为9#煤层，呈黑色，平均厚度为2.4m，煤层中含有0～1层夹矸，倾角5°～9°，平均7°左右；煤层无直接顶，老顶为K2灰岩，厚9m，灰色，坚硬，f=9.6；底板为泥岩，厚1.2m，灰黑色，f=1.9.工作面所用支架型号为ZZ8800／14／26型支撑掩护式液压支架，支架的支护强度为1030～1120kPa.

2 强制放顶步距的确定

采场老顶受力力学模型视为工作面煤壁端为固支，采空区端为简支的承载梁情况，见图1.

图1 老顶周期破断力学模型示意图

根据材料力学计算岩梁的极限跨距：

岩梁所承受的荷载；

式中：

K—作用于悬梁上的岩石厚度系数，取6；

M—最大采高，m，取2.4；

R—岩梁上覆岩体平均容重，kN／m3，取23.

岩梁的极限跨距为：

式中：

RT—岩梁的抗拉强度极限，MPa，取9；

q—岩梁所承受的荷载，MPa，取0.3；

h—岩梁的厚度，m，取9.

根据支架的支撑能力，采用载荷估算法分析老顶周期来压期间时岩梁的合适悬露长度。

式中：

γ—灰岩的容重，kN／m3，取29；

h—灰岩的厚度，m，取9；

p—支架的最小支护强度，MPa，取1030.

因此，灰岩的合理悬顶长度不得超过52m.安全起见，选取工作面的放顶步距为30m.

3 现场试验

3.1 炮眼布置

090102工作面进风巷和回风巷每隔30m布置一组炮眼（第一组炮眼距开切眼煤壁35m）.每组8个炮眼，分别为A、B、C、D、E、F、G、H，呈扇形布置（第一组炮眼为5个炮眼，分别为A、B、C、D、E）.其中A、B、C、D、E与工作面平行；F、G、H与巷道中心线成18°夹角。具体炮眼布置见图2，炮眼参数见表1.

图2 强制放顶炮眼布置图

3.2 爆破时间

初次放顶首组炮眼起爆时放顶硐室中心线距工作面煤壁距离≥12m，周期放顶炮眼起爆时放顶硐室中心线距工作面煤壁距离≥42m.

表1 炮眼参数表

3.3 炮眼爆破

炮眼起爆顺序是从内向外，每次起爆2个炮眼，为分组装药、分次爆破。联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行（即2个炮眼串联，1个炮眼内并联）。放炮采取分组起爆，共分4组，先起爆A、B，再起爆C、D，再起爆E和F，最后起爆G、H（第一组炮眼分3组起爆，先起爆A、B，再起爆C和D，最后起爆E）.

3.4 巷道放顶硐室布置

在工作面布置放顶硐室，1号硐室距开切眼煤壁35m，后续放顶硐室之间间距均为30m.硐室深度为4m，宽度为4m，高度与工作面巷道同高（即2.5m）.

4 结 论

对090102工作面采用两巷超前深孔松动爆破来弱化顶板，放顶步距为30m，在顶板中形成切槽，促进顶板的垮落，减小顶板的来压步距和来压强度，使顶板得到较好的控制。

［1］ 东兆星，吴士良.井巷工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2009：83-91.

［2］ 石汝银，李增峰，管伟明.坚硬顶板超前预爆破技术研究［J］.煤炭科技，2009（1）：84-87.

［3］ 高木福.坚硬顶板处理步距的数值模拟［J］.辽宁工程技术大学学报，2006，25（5）：649-650.