浅谈大斜长综采工作面坚硬顶板控制技术

李胜

摘 要：坚硬顶板条件下长壁综采工作面进行开采时，如果顶板控制不好，采空区大面积悬顶突然跨落时，会造成顶板事故，而且容易使采空区内积聚的瓦斯瞬间涌出，引发瓦斯重大事故。所以只有采取行之有效的控制技术对顶板进行有效控制和管理，才能保证矿井的安全生产。本文就1890煤矿15112大斜长高产高效综采工作面的开采实践为依据，将工作面设计为“一面三巷”布置方式，利用超前深孔预裂爆破的方法，对工作面斜长260m的坚硬顶板进行有效控制，从而实现了工作面的高产高效和安全生产。

关键词：综采；顶板；技术

1 开采条件

15112工作面位于1890煤矿一采区南翼5#煤层，工作面上部为15111m空区，北至矿井工业广场井筒保护煤柱线，南至加3勘探线为界。工作面走向长度1170m，倾斜长度260m。煤层平均厚度3.85m，煤层倾角为10°～16°。煤层顶板岩性：老顶粗砂岩浅褐色、含砾砂岩，厚度8.08m；直接顶含砾粗砂岩浅褐色，厚度6.68m，岩石普氏系数f=6～8，单向抗压强度7.9Mpa。煤层顶板岩性以粗砂岩为主，局部为含砾粗砂岩，底板为黑灰色粉砂岩、炭质泥岩。

2 巷道设计

为解决大斜长综采工作面顶板处理的难题，设计布置3条顺槽巷道，具体布置如下：

（1）运输巷：15112运输巷沿5#煤层顶板布置，巷道采用斜梯形断面，锚网支护，走向长度为1180m，下帮净高2.6m，净宽4.9m，净断面S=16.41m2。

（2）回风巷：15112回风巷沿5#煤层顶板布置，巷道采用斜梯形断面，锚网支护，走向长度为1164m，下帮净高2.8m，净宽4.4m，净断面S=14.08m2。

（3）中间巷：15112深孔巷沿5#煤层顶板布置，巷道采用斜梯形断面，锚网支护，走向长度为1172m，下帮净高2.5m，净宽3.7m，净断面S=10.5m2。

（4）开切眼：15112开切眼沿5#煤层顶板布置，开切眼采用矩形断面，锚网、梁及钢带联合支护，净高3m，净宽8m，净断面S=24m2

3 支护设计

15112工作面采用走向长臂一次采全高采煤方法。工作面使用ZZ5800/22/43型支撑掩护式液压支架支护，数量173架。

（1）支护强度的计算：Pg=9.8×h×r×k =744.8kN/m2，式中：h-采高，3.8m；r-顶板岩石容重，25kN/m3；k-工作面支柱应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为4～8，开采煤层较薄、顶板条件好、周期来压不明显时，应选用低度倍数；反之则采用高倍数，本工作面取8。

（2）支架工作阻力计算：F=Pg×S=744.8×5.865= 4368kN，式中：F-支架工作阻力，kN；Pg-支护强度，工作面最大支护强度为744.8kN/m2；S-支架支护面积，（支架顶梁长度2.35m+支架前梁长度1.56m）×支架宽度1.5m=5.865m2；

（3）考虑支架支撑效率，所需支架的工作阻力为：Ft=F/ζ=4368/0.8=5460kN经计算，ZZ5800/22/43型液压支架的工作阻力5800kN>5460kN，满足工作面支护要求。

（4）确定支架控顶距：支架最大控顶距为（支架顶梁长度2.35m+支架前梁长度1.56m+伸缩前梁长度0.8m）4.71m，最小控顶距为（支架顶梁长度2.35m+支架前梁长度1.56m）3.91m。

4 超前预爆破的实施

4.1 炮孔布置方案

为充分保证放顶孔对老顶承压层的切断作用，考虑工作面的长度及钻孔施工的难度，设计在工作面3条顺槽布置炮孔及在开切眼沿倾向布置炮孔。每条顺槽内布置3组孔，每组孔布置一个老顶切断孔、一个老顶辅助切断孔、一个端头切断孔，放顶孔布置在距切眼以北25～45m之间，即距切眼以北25m处布置一组，35m处布置一组，45m处布置一组。开切眼布置4个孔，在开切眼上口距离西帮1.5m处布置一个孔，深孔巷上、下帮与开切眼交叉处朝上及朝下各布置一个孔，开切眼下口距离西帮1.5m处布置一个炮孔。

4.2 炮眼的施工

钻孔施工采取用SKZ-120B1型深孔钻机，三级煤矿许用乳化炸药（防静电塑料筒包装，Φ60mm/1kg），煤矿安全防水抗拉导爆索，毫秒延期电雷管，MFB-100型电容式发爆器。

4.3 装药结构

根据顶板岩石物理力学性质、岩体结构等，按松动爆破原则，用类比法并折合成所选炸药单耗，采用不偶合装药结构。为保证起爆的可靠性，每一个炮孔的炸药串由两根导爆索起爆，主导爆索插入孔底第一个药卷，副导爆索插入距孔底4～5m处的药卷。导爆索插入药卷的长度不小于200mm，导爆索由毫秒延期电雷管引爆，每次只准起爆一组炮孔，同一炮孔内的雷管段别必须一致。

4.4 堵孔结构

为保障超前预爆破效果及防止爆炸气体外泄，炮孔的充填堵孔形式及质量至关重要。本工作面预爆破炮孔的堵孔结构采用塑—刚结构，即在充填堵孔段的前端采用充填黄土细砂等塑性材料，中部充填的黄土细砂配比为：黄土‥细沙‥水=75‥20‥5，由封孔器输送至孔内，后端采用专用堵孔水泥。

5 结语

15112工作面进入回采以来，通过对工作面矿压观测系统数据进行分析，工作面初次来压和周期来压规律明显，采空区顶板垮落得到有效地控制，且冒落的岩石基本将采空区充填严实，安全生产得到了有效保证，工作面实现了高产高效。同时，大斜长工作面减少了区段煤柱留设，区段煤柱能够有效回采，仅此一项可多回收煤炭资源9.12万吨，创造经济价值2700万元。

参考文献

[1]朱晓庆.综采工作面堅硬顶板控制技术研究[J].华东科技：学术版，2013，（10）：365.

[2]张春雷，张勇，李立，等.大倾角大采高综采工作面坚硬顶板控制技术[J].辽宁工程技术大学学报，2014，（9）：1172-1177.

（作者单位：新疆焦煤集团1890煤矿）