小梁沟矿综放面坚硬顶板弱化处理技术

曹建国

（山西省煤炭规划设计院，山西 太原 030045）

小梁沟煤矿位于大同煤田的中部，开采侏罗纪煤层，该矿14号煤层8012综合机械化放顶煤工作面位于本矿1029开采水平301盘区，综放面的西部边界为官窑村和马家沟村保护煤柱；南边与云林寺村保护煤柱，东面为8010工作面，北部是301盘区的运输巷、轨道巷和专用回风巷。采面长154.50m，走向推进长度为826.70 m。8012综采放顶煤工作面开采侏罗纪14号厚煤层，煤层倾角2°～4°，平均3°，厚度变化不大，平均8.10 m，2012巷8号测点附近煤厚局部变化较大。

14号煤层节理裂隙不发育，整体性好，结构致密，坚固性系数为f=3.2，14号煤层顶板为细粒砂岩，平均厚度19.80 m，节理裂隙发育较差，岩体的整体性好，单向抗压强度59 MPa。 8012综放面是大同煤田可采区域内非常典型的“两硬”条件，顶煤顺利放完放净的前提条件是松动坚硬的顶煤，为消除回采后坚硬顶板对综放面安全的威胁，必须在顶煤和坚硬顶板内布置符合煤层顶板实际情况的炮孔，实施深孔爆破松动顶煤和顶板技术措施。

1 概况

8012综合机械化放顶煤工作面布置5条回采巷道，沿着煤层底板掘进的采面运输巷平巷和运料回风平巷，开掘在煤层中部的2条工艺巷道，在14号煤层沿着顶板开掘8012工作面的顶回风巷。

综放面运输平巷（2012）掘进高度为4.50m，工作面使用无轨胶轮车运料，运料回风平巷（5012）巷道断面为矩形，掘进高度3.40m。2012-1及2012-2巷为2条矩形断面的巷道，巷道高度2400mm，巷道宽度3400mm。2012工作面顶部回风巷断面为矩形，5012-1巷掘进宽3400 mm，掘进高度2600mm，巷道净高2450mm。2012、5012巷沿底板掘进，2012-1、2012-2、5012-1巷为沿顶板掘进。8012综放面开切眼规格为宽7500mm、高度3300mm。5条回采巷道的支护形式均采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护。

8012采面工作面采用放顶煤采煤技术工艺，坚硬顶板经爆破弱化处理后顶板处理方式选择自行垮落法。依据8012综采放顶煤采面工作面设计三机配套技术要求，采煤机采煤高度为3.0 m，放顶煤厚度平均为5.10 m。采放比为1:1.70。采煤机滚筒宽度为0.665 m，考虑煤层坚硬，节理裂隙不发育，整体性好，双滚筒采煤机截深选用0.50 m。顶煤的放煤方式规定一刀一放。

放顶煤回采工艺过程如下：工艺巷内弱化煤岩（深孔爆破）→采煤机割煤→推移采面支架→移动前刮板输送机→低位放顶煤→拉后部刮板运输机。

2 煤体松动爆破

8012综放面回采过程中，对顶煤松动爆破在2012-1和2012-2工艺巷道内的两帮施工作业，巷道内的钻眼及爆破要远离采面，尽量降低爆破施工给工作面回采带来的不利影响。工艺巷爆破弱化顶煤的工作超前综放工作面煤壁的距离不小于20 m，钻眼工作在2条工艺巷道内相向施工，相对的一组炮眼眼底距离要达到6.0 m；在工艺巷内分别向2012运输平巷和5012回风平巷侧的炮眼眼底要与2条巷道保留7 m煤柱，以免松动爆破施工破坏运输巷和运料回风巷的正常安全使用。

2.1 弱化顶煤炮孔布置

（1）工艺巷内钻眼工具选择型号为KHYD75DIA的岩石电钻，孔径62 mm。

（2）2012-1和2012-2 工艺巷内打第一组炮眼的位置在8012工作面开切眼巷道之前20 m，其后的打眼按爆破参数的设计进行，一直到8012工作面停采线结束。

（3）2012-1、2012-2巷内，炮眼在工艺巷两帮垂直布置，钻孔形式为三花眼。

（4）2012-1至2012巷方向炮眼深度34 m，2012-2至5012-1巷尾向炮眼孔深26 m，2012-1至2012-2巷对头炮眼深度34 m。

8012采面工艺巷内炮眼布置如图1所示，炮眼参数、装药量如表1所示。

2.2 装药及放炮

炮孔装药方式：14号煤层顶深孔爆破选择三级煤矿许用炸药，采取正向装药结构，药卷长度为500 mm，直径50 mm，药卷质量为1 kg。炮眼采用串联连线，为了保证可靠起爆，一个炮眼内装设2支雷管，使用毫秒延期雷管，同孔的2个雷管并联联接，孔与孔之间选择串联联接。封孔材料为水炮泥、粘土、错手木楔。炮眼封孔2次完成，34 m炮眼的一次首次封孔长度为11 m，其二次封孔长度为1 m；26 m炮眼的一次封孔长度为8 m，二次封孔长度为1 m。二次封孔时，必须把导爆索和雷管捆扎牢固，理顺雷管脚线和引线，最后在炮眼外短接，二次封孔要在连线放炮之前实施，不能提前进行。

弱化顶煤的爆破工作要提前进行，在综放面煤壁之前20 m以远施工爆破。

3 煤层坚硬顶板松动爆破

对14号煤层坚硬顶板实施的预裂松动爆破，在2条工艺巷内进行，距离工作面煤壁20 m以远爆破。根据采面工作面长度，14号煤层厚度，细粒砂岩直接顶平均厚度为19.80 m，确定放顶步距为头向、尾向孔为10 m，头尾向工作面方向为15 m。钻眼机具为TXU-75型液压钻机。

（1）炮孔布置。8012综放面工艺巷内顶板预裂爆破炮眼双层布置，预裂松动步距15 m。炮孔终孔与5012-1及2012巷净岩柱为7 m，迎头炮孔终孔间净岩柱不小于7 m。孔口位置必须位于煤帮与顶板交界处的顶板岩石上，不能把炮眼开孔位置在巷道煤帮。坚硬顶板松动预裂爆破要超前采面煤壁距离不小于20 m。坚硬顶板松动预裂爆破炮眼布置平、剖面图如图2所示，切顶孔剖面图如图3所示，炮眼参数和炸药量如表2所示。

（2）爆破工作。14号煤层坚硬顶板松动预裂弱化爆破装药、联线同顶煤预裂爆破一样。步距放顶爆破超前工作面煤壁水平距离20 m，炮眼附近5m内要使用单点木柱保护身体实施爆破工作。2条工艺巷分别起爆，不能同时放炮。

图2 顶板爆破炮孔布置平、剖面图

图3 切顶孔剖面图

4 结语

坚硬顶板和坚硬煤层条件下的综合机械化放顶煤回采难题是煤难放、顶难落，通过布置两条工艺巷并在其中施工对顶煤和坚硬顶板弱化处理的炮眼，采取深孔爆破技术，有效解决了两大难题，增加了顶煤的放出率，提高了综放面的回采率，取得了良好的技术经济效益。

表2 坚硬顶板弱化炮眼参数、装药量表