大采高綜采工作面頂板控制技術(shù)應(yīng)用

蘭 宏

（同煤集團(tuán)白洞煤業(yè)公司，山西 大同 037000）

1 工作面概況

白洞煤礦主采3號(hào)煤層，8106工作面位于301盤(pán)區(qū)中部，開(kāi)采煤層最厚處為5.8m，最薄處為3.6m，平均煤層厚度為4.43m。該工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作面直接頂厚度3.15m，主要成分為高嶺巖以及砂質(zhì)泥巖；基本頂厚度為7.3m，主要成分除有沙礫巖外，還包括石英、燧石，巖體堅(jiān)硬、密實(shí)，不易垮落；工作面直接底厚度為1.4m，主要有砂質(zhì)泥巖、植物化石構(gòu)造；基本底厚度4m，由砂質(zhì)泥巖、植物化石與少量云母組成。工作面采用機(jī)械化采煤工藝，自然垮落法與人工放頂相配合的方法控制頂板。

2 堅(jiān)硬頂板控制

頂板控制是保證工作面安全回采的關(guān)鍵技術(shù)之一。大采高工作面由于采高大，其圍巖運(yùn)移規(guī)律與傳統(tǒng)圍巖運(yùn)移相比更為復(fù)雜，往往會(huì)出現(xiàn)煤壁片幫、頂板冒頂?shù)葐?wèn)題，嚴(yán)重影響工作面的回采[1-2]。因此，需要對(duì)礦井的礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行分析，采取有效的技術(shù)措施，保證頂板運(yùn)移規(guī)律處在可控狀態(tài)，避免工作面頂板事故的發(fā)生。

8106 工作面直接頂為砂質(zhì)泥巖，相對(duì)松軟，而基本頂為沙礫巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，不易垮落。因此，采用爆破切槽和人工輔助控制頂板垮落相結(jié)合的方式，改變頂板巖層結(jié)構(gòu)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐话沩敯褰Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)正?？迓?。

根據(jù)該礦同類(lèi)地質(zhì)條件工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，8106工作面頂板初次垮落步距為28m，工作面初次來(lái)壓步距為45～55m，平均來(lái)壓步距為15m。確定初次放頂步距為30m，周期放頂步距為20m，并根據(jù)具體控制要求，設(shè)定人工放頂?shù)谋茀?shù)。

2.1 爆破深孔布置方式

需首先確定放頂爆破孔垂深，設(shè)定為H，其計(jì)算公式為：

式中：

M-工作面采高，m；

K-工作面采場(chǎng)覆巖碎漲系數(shù)；

P-工作面頂板垮落裂隙，m。

根據(jù)工作面試采結(jié)果，確定M為4.4m，P為0.4m，膨脹系數(shù)K設(shè)定取常數(shù)值1.3，計(jì)算得出爆破孔垂深H為13m。

根據(jù)以下公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)爆破時(shí)極限抵抗線[3-4]：

式中：

r0-人工放頂爆破裝藥半徑，cm；

p0-裝藥密度，kg/cm3；

m-間距與最小抵抗線比值；

q-單位裝藥量，kg/m3。

裝藥半徑r0為3.25cm，裝藥密度p0為1kg/cm3，比值m取0.8，經(jīng)計(jì)算，q為0.26g/cm3，因此，計(jì)算得出 =3.998m。

由于rL=W' ，最終可得到最小抵抗線為5.3m。

因此，按雙層布置方式布置放頂爆破孔，如圖1、圖2所示。

圖1 放頂孔水平布置

圖2 放頂孔垂直布置

2.2 工作面頂板放頂爆破孔角度

根據(jù)圖1爆破孔水平布置方式，可以獲得工作面水平放孔角度β，計(jì)算如下：

式中：

C-放頂孔底所在位置距煤壁距離，m；

L′-放頂孔穿過(guò)采空區(qū)的水平距離，m；

A-放頂孔至工作面煤壁距離，m，

B-支架支撐寬度，m。

由該公式計(jì)算放頂孔水平角度如表1。

根據(jù)圖2，放頂孔垂直角度則可以通過(guò)以下兩公式計(jì)算得出：

由上述兩公式得出的放頂孔垂直角度如表1所示。

2.3 工作面頂板放頂孔深

放頂孔深計(jì)算L由下式計(jì)算得出：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

2.4 放頂孔裝藥長(zhǎng)度與裝藥量

根據(jù)工作面頂板巖性，選用高威力粘性炸藥進(jìn)行爆破，裝藥長(zhǎng)度如表1所示。經(jīng)過(guò)人工爆破放頂方式，工作面頂板結(jié)構(gòu)的破斷距減少，從而使頂板巖層結(jié)構(gòu)成為一般放頂梁狀或板狀結(jié)構(gòu)，降低工作面的來(lái)壓強(qiáng)度。

表1 初次放頂與周期放頂步距參數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 效果

根據(jù)8106工作面前、中、后三條頂板位移測(cè)線結(jié)果可知：工作面上部和下部處的頂板位移較工作面中部小，主要由于在工作面上部和下部實(shí)施爆破放頂所致，說(shuō)明堅(jiān)硬頂板經(jīng)爆破后出現(xiàn)松動(dòng)，應(yīng)力提前釋放，來(lái)壓強(qiáng)度得到有效緩解。各條測(cè)線頂板位移觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

表2 頂板位移觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果

通過(guò)采取頂板爆破放頂技術(shù)，降低了工作面的頂板來(lái)壓強(qiáng)度。8016綜放工作面平均月產(chǎn)14萬(wàn)t，最高月產(chǎn)16萬(wàn)t，直接工效平均超60t/工，最大工效為85t/工，在保證工作面安全回采的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效。