厚层灰岩顶板综采工作面初次放顶实践

张志群 周松江

（山西煤销集团神农煤业有限公司，山西 高平 048402）

工作面初采顶板垮落步距大，特别是对于坚硬顶板，其完整性好、强度大，初次来压步距更大，极易形成采空区大面积悬顶[1-3]。采空区悬顶不仅会造成采空区瓦斯集聚，而且其一旦大面积垮落会形成飓风冲击工作面作业人员及设备，产生重要安全事故，必须对坚硬顶板进行治理，消除安全隐患[4-5]。本文结合神农矿井生产地质情况，通过在工作面切眼及两端头顺槽施工爆破放顶钻孔和退锚钻孔，取得了良好应用效果。

1 工程概况

神农煤业开采15号煤层，煤层结构简单。15101工作面为15号煤一盘区首采工作面，在切眼掘进过程中遇陷落柱。为减少回采难度并结合现场实际施工了刀把切眼，形成1#切眼90m，2#切眼60m（工作面布置如图1所示）。该工作面煤层厚度3.8～4.4m，平均4.0m，煤层倾角3～10°。切眼规格为净宽7600mm×净高4000mm，支护方式为锚网（索）支护。15号煤层直接顶为砂质泥岩，基本顶为K2灰岩，属于坚硬岩石，厚度为4.7～10.15m，平均7.51m；底板为泥岩、砂质泥岩，局部为铝质泥岩。由于15101工作面为神农煤业15号煤首采工作面，尚未进行矿压观测分析，参考邻近矿井15号煤层工作面开采经验，工作面基本顶初次来压步距在35m以上，周期来压步距为20m。为保证工作面开采安全，减小工作面基本顶初次压力步距，使其及时垮落，不产生大面积悬顶，需初采期间对顶板进行弱化处理。

图1 工作面布置图

2 顶板爆破方案

2.1 炮孔布置参数

（1）1#切眼

1#切眼爆破钻孔分为切眼内爆破钻孔、端头爆破钻孔和退锚爆破钻孔。① 切眼内爆破钻孔分两排布置，孔深5m，钻孔直径40mm，间排距为2m×2m。第一排钻孔在距老塘侧巷帮2.5m打设，第二排钻孔在距老塘侧巷帮4.5m打设，两排钻孔均朝向工作面中部，与顶板呈45°夹角，并分别与对应侧巷帮在水平方向呈30°夹角。1#切眼内共布置爆破钻孔88个。② 两侧端头顺槽爆破钻孔分三排沿顺槽巷道轴向布置，孔深5m，钻孔直径40mm，间排距为1m×2m。三排钻孔均朝向老塘侧，与巷道顶板呈45°夹角，其中外侧两排钻孔分别朝向两侧巷帮向外偏30°，两端头共布置爆破钻孔39个。对1#切眼及两端头爆破钻孔进行编号（用1、2、3、4……113数字和a1、b1……字母代表），并对其进行编组。爆破钻孔布置如图2所示。③ 退锚钻孔布置在工作面切眼及两侧顺槽距锚索1.14m处，钻孔深1.33m，孔径为40mm，朝向锚索与顶板呈45°夹角，共布置260个炮孔（退锚钻孔布置如图3所示）。

（2）2#切眼

工作面2#切眼爆破钻孔布置形式及参数与1#切眼钻孔布置一致，切眼内布置58个爆破钻孔，两侧顺槽共布置43个爆破钻孔。

图2 工作面1#切眼爆破钻孔布置及分组图

2.2 钻孔施工

根据15101工作面布置情况，在工作面设备安装前在1#切眼和2#切眼分别布置预裂爆破钻孔。本次初次放顶爆破钻孔采用气腿式凿岩机进行打眼施工，根据孔深和巷道高度情况，在施工爆破钻孔时，先用2m钻杆打眼，2m眼深施工完毕后再用5m的钻杆继续打眼，同时将施工的炮孔用红漆标记。

图3 退锚钻孔布置图

2.3 爆破作业

15101工作面安装完毕、设备调试后进行试采，工作面推进5m待炮眼完全露出后，停止推进，将支架全部升紧，首先对1#切眼钻孔完成装药并进行初次放顶工作。2#切眼位置待工作面推进到其所在位置再进行装药和放顶工作。

（1）钻孔装药

工作面切眼及两侧顺槽放顶爆破钻孔深为5m，装药量均为2.6kg，装药长度2.6m，封泥长度2.4m。退锚爆破钻孔孔深为1.33m，装药量为0.2kg，装药长度0.2m，封泥长度1.13m。炸药使用2#煤矿许用乳化炸药，药卷规格Φ35×200mm，0.2kg/卷，雷管使用煤矿许用毫秒延期雷管，正向起爆。装药前，必须首先清除炮眼内的煤粉和岩粉，再用木质和竹质炮棍将药卷轻轻推入。

（2）钻孔分组及起爆

爆破作业使用BF-200型专用发爆器1台起爆，在15101运输顺槽使用，整个工作面及顺槽放顶爆破钻孔和退锚爆破钻孔分5次装药、5次起爆。爆破钻孔起爆顺序：沿工作面切眼全长起爆，顺序是从回风顺槽侧工作面端头开始向运输顺槽侧端头分五段起爆。钻孔分组及起爆顺序如表1所示。

表1 爆破钻孔起爆顺序

2.4 安全技术措施

（1）在工作面初次放顶之前，必须全面检查工作面顶板支护情况，保证支架初撑力，工作面上下两端头打设点柱加强支护，并做好支架和易损物件的防护工作。

（2）在初次放顶爆破之前，瓦检员必须严格检测放炮地点及回风流的中瓦斯浓度，瓦斯浓度超过0.8%时严禁爆破作业。检查工作面所有风门的工作状态，保证其能够维持正常工作，确保工作面供风系统稳定运行和供风量充足，防止瓦斯产生积聚。由一名安全员与一名瓦斯员为一个警戒小组，分别在15101回风顺槽联巷口、15101运输顺槽轨道联巷口、15102运输顺槽回风联巷口上设置警戒，防止无关人员进入危险区。

（3）必须严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”。爆破后必须等待15min以上，在回风流瓦斯浓度小于0.8%时，再由放炮员、瓦检员和班组长检查爆破地点情况，严格检查通风、瓦斯、煤尘、顶板、支架、拒爆、残爆等情况，有危险及时进行处理。

3 矿压观测及效果分析

15101工作面1#切眼进行初采爆破放顶后，工作面继续向前推进，对工作面顶板垮落情况和液压支架工作阻力进行统计分析，分析工作面1#切眼爆破放顶效果。

（1）通过对工作面液压支架工作阻力的统计分析可知，15101工作面1#切眼初次来压步距平均为26.9m，工作面初次来压步距减小8m以上；在整个初采过程中，工作面支架工作阻力较为平稳，没有出现突变现象，工作面液压支架最大工作阻力为4519kN，工作面来压强度不大，矿压显现较弱。

（2）爆破放顶后，随着工作面向前推进，工作面中部直接顶可以随之垮落，上下端头的直接顶相对滞后3个循环；在工作面退出切眼的正常推进过程中，上下隅角悬顶长度不大于4m，悬顶面积在8～12m2，上下端头悬顶面积不大，有利于瓦斯管理。

4 结语

结合神农煤业15102工作面布置及地质情况，针对1#和2#切眼分别布置切眼内和两端顺槽爆破放顶钻孔，并在锚索支护位置布置退锚爆破钻孔。在15101工作面1#切眼进行了初采放顶试验，1#切眼初次来压步距平均为26.9m，工作面上下端头顶板能够及时垮落，悬顶面积不大，说明采用本次爆破放顶效果良好，达到了弱化工作面顶板的目的。