综采工作面坚硬顶板强制放顶技术研究

王传绳， 赵中伟

（山西煤炭运销集团晋城有限公司， 山西 晋城 048000）

1 矿井概况

山西煤炭运销集团南河煤业有限公司位于高平市三甲镇，批准开采15号煤层，井田面积为4.559 3 km2，设计生产能力为90万t/a。15号煤层直接顶板为K2石灰岩，坚硬，裂隙发育，平均厚10.60 m，属一类顶板，低瓦斯矿井，矿井正常涌水量为14 m3/h。矿井采用主斜副立三个井筒混合开拓方式。通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式。

主斜井：落底于+775 m水平，井筒倾角23°，半圆拱断面，井筒净宽4.5 m，砼碹，净断面14.5 m2，新开凿段设计井筒净宽4.8 m，锚喷支护，净断面16.17 m2，井筒内装备一条带宽800 mm的深槽带式输送机。

副立井：落底于+775 m水平，圆形断面，砼碹支护，井筒垂深198 m，井筒净径4.0 m，净断面积12.56 m2，井筒内装备一对1 t单层单车罐笼。

回风立井：落底于15号煤层，砼碹支护，垂深212 m，井筒净径4.0 m，净断面积12.56 m2，掘进断面18.09 m2，井筒内布置梯子间，作为矿井专用回风井，兼作安全出口。

2 15107采煤工作面概况

2.1 工作面地质概况

该工作面西高东低，地表水排泄条件较好。区内无地表水，主要水系均为季节性河流。根据地质报告里面充水性图，奥灰水水位630～636 m之间，与15号煤层相距约167～217 m，奥灰水对15号煤层开采无影响。地表为山地丘陵地带，地表水体对工作面影响很小；工作面充水水源主要为K2、K5灰岩裂隙水，含水量不大。

2.2 煤层顶底板岩性（见表1）

表1 15107工作面煤层顶底板情况表

2.3 工作面切眼长度及支护情况

15109工作面开切眼长度为150 m，顺槽长度为1 600 m，净高3.5 m，切眼净宽7.5 m，沿15号煤层顶板布置。

切眼巷道总宽度为7.5 m，两次成巷，一次掘巷4.5 m，二次扩巷3.0 m。巷道基本支护方式：锚杆+锚索+网；锚杆材料：顶锚杆Φ20 mm×2 400 mm左旋螺纹钢（25MnSi）；帮锚杆排距 1 000 mm，间距 1 000 mm，每排4根锚杆，上帮锚杆距离顶板200 mm，下帮锚杆距离底板300 mm，锚固剂：MSCK2360和MSCK2335各一支；设计锚固力120 kN，预紧扭矩不低于200 N·m；锚杆托盘：厚度为10 mm穹形钢板托盘，规格为 150 mm×150 mm×10 mm；网：1号菱形铁丝网，孔径为50 mm×50 mm，孔孔搭接，搭接长度为100 mm；梯子梁：采用Ф12 mm整根钢筋，焊点少，焊口搭接，在布设锚杆处焊接锚杆卡栏，锚杆需安装在卡栏内；靠近玻璃钢锚杆帮不使用梯子梁；锚索材料：七股钢绞线，Ф17.8 mm×6 300 mm，钻孔深度6 000 mm，外露200 mm；锚索布置方式：锚索排距2 000 mm，每排2根，锚索间距1 900 mm第一根锚索距巷帮1 850 mm，与巷道表面垂直。

3 工作面强制放顶工艺流程

3.1 开切眼预裂爆破

3.1.1 打眼器具

选用ZYW-1200型煤矿用全液压坑道钻机，其技术特征见表2。系统不变。

3.1.3 炮眼布置平面图（见图1）

图1 炮眼布置平面图（mm）

表2 ZYW-1200型煤矿用全液压坑道钻机技术参数表

3.1.4 炮眼布置剖面图（见图2）

图2 炮眼布置剖面图（mm）

3.1.2 打眼爆破时间段安排

在工作面从开切眼处开始推进进3～4刀后，即2.4～3.2 m时在切眼液压支架后进行打眼，装药、联线和爆破，爆破前，工作面通风系统按回采时的通风

3.1.5 爆破说明（见表3）

表3 15-107工作面切眼内顶板预裂爆破说明

3.1.6 切眼炮孔爆破

放炮使用BF-200型起爆器1台，在15107工作面运输顺槽使用，沿工作面切眼全长起爆顺序是从回风顺槽侧端头开始向运输顺槽侧端头分三段起爆，每段起爆采用毫秒延期电雷管依次起爆，延期时间均为25 ms，第一次起爆13个钻孔，第二次起爆10个钻孔，其三次起爆13个钻孔。炮孔雷管联线采用局部并联、整体串联的方式进行。炸药使用2号煤矿需用乳化炸药，药卷直径Ф55 mm×500 mm，1.2 kg/卷；雷管使用煤矿需用8 ms延期电雷管；爆破母线用通信绝缘线，长度不小于300 m。禁止使用钢轨、金属管等当做回路或母线使用。爆破母线与电缆、电线、信号线应分别悬挂在巷道两侧，如遇特殊情况必须挂在同一侧时，爆破母线必须挂在电缆或信号线下方300 mm处。

3.2 两顺槽及端头顶板预裂爆破

3.2.1 炮孔布置

运输和回风顺槽每隔30 m各布置一组炮孔，每组为5个炮孔，分别为A、B、C、D、E扇形布置，5个钻孔的深度均为30.4 m，仰角为9.5°，其中D与工作面平行，A、B、C、E 与巷道中心分别成 30°、50°、70°、-30°夹角，具体钻孔布置图见图3和图4。

图3 钻孔布置图

图4 钻孔布置剖面图

3.2.2 两巷爆破

联线采用局部并联、总体串联的方式，放炮采用BF-200型发爆器，炮孔起爆顺序是从切眼的中部向两端，每次起爆1个炮孔，放炮采用分组起爆，共分四组，先起爆 A、然后 B、C、D、E，炮孔起爆时孔底距工作面煤壁距离应大于50 m，第一组炮孔爆破时离工作面煤壁距离应大于5 m，爆破时间是切眼初次放顶结束后进行爆破。

4 结论

1）通过对综采工作面开切眼和两顺槽及端头顶板进行超前预裂爆破，使得综采工作面顶板在回采期间能够随采随垮，采空区及两端头顶板悬顶面积不超过规定。

2）提出了对15号煤层顶板处理方案，即选用超前深孔预裂爆破方法对其坚硬顶板进行处理。旨在开采之前就将顶板爆破切断，减少或消除基本顶初次断裂时带来的矿压灾害。

3）提出了两巷超前分段超前分段预爆破方案，旨在工作面推进过程中，按照方案设计要求，在规定的距离内，分段对基本定进行预先爆破致裂，减小或消除基本顶周期断裂时带来的冲及矿压灾害。