高维智

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京市朝阳区，100013）

大倾角巨厚含砾粗砂岩坚硬顶板弱化处理技术与应用＊

高维智

（天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京市朝阳区，100013）

介绍了攀枝花花山煤矿综采工作面大倾角、巨厚含砾粗砂岩坚硬顶板条件下采用的深孔爆破弱化处理技术，包括爆破的各项参数及设备，并在实践中进一步采取补充优化技术措施，解决了该矿坚硬顶板下实现综采的难题，取得了理想的经济与社会效益。

大倾角煤层 巨厚砂砾岩 坚硬顶板 爆破弱化

1 工作面概况

6011采面是攀煤公司花山煤矿六采区第一区段（＋1250～＋1160m）北面的第一个回采工作面。该工作面内由3层煤、2层夹矸组成。走向长度平均为562m，倾向长度平均为93m，工作面倾角35～41°，平均为38°；采高平均为2.61m；该工作面煤层相对瓦斯含量为3m3/t，绝对瓦斯涌出量0.5m3/min。煤尘具有爆炸危险，煤的自然发火期大于12个月。

6011工作面无伪顶与直接顶，基本顶为灰色巨厚层状粗砂岩～含砾粗砂岩，厚度为13.7m；直接底为灰色中厚层状粉砂岩，局部含细粒砂岩，厚5.0m。工作面煤岩层综合柱状图如图1所示。

该工作面为典型的大倾角坚硬顶板工作面，在以前的回采中，由于顶板坚硬很难冒落，为安全考虑，一般均采用短壁留大煤柱开采，回采率不足40%。为了提高回采率及开采效率，经研究对顶板进行弱化处理并进行长壁工作面综采。

2 大倾角坚硬顶板弱化方案

6011工作面采用巷道超前深孔预爆破方式弱化顶板。爆破顶板弱化有两个作用，一是减少初次来压步距；二是减少周期来压步距。相应的弱化方案分为两部分，即切眼顶板拉槽爆破弱化处理和两巷顶板超前弱化处理。

2.1 切眼拉槽爆破方案

在切眼内共布置24个炮孔，编号分别为A1～A22、B、C，呈“一”字形布置。其中A1～A22孔口间距为4m，A22、B孔孔口间距1.5m，B、C孔孔口间距为2.5m。每个孔与切眼后帮煤壁和支架尾梁间距为1.5m。炮孔布置如图2所示。切眼拉槽处的炮孔参数如表1所示。

图1 工作面煤层综合柱状图

图2 切眼炮孔布置情况

2.2 两巷深孔爆破方案

考虑到1＃煤层倾角达到39°，回风巷炮孔存在俯角，在打孔和装药时存在一定困难。因此，回风巷炮孔相对较短，两巷深孔爆破炮孔深度布置为：运输巷炮孔深度39.5m，回风巷炮孔深度19m，中间34.5m不进行处理。

两巷炮孔组间距为20m，第一组炮孔与工作切眼煤壁距离为10m。各组炮孔都为扇形布置，回风巷每组炮孔为3个炮孔，炮孔编号分别为A、B、C孔，运输巷每组炮孔为4个炮孔，炮孔编号分别为A、B、C、D孔。炮孔布置如图3所示，炮孔参数如表2所示，从表2中可知，工作面每推进20m，需打孔173m，装药307.2kg。

图3 两巷炮孔布置图

表1 切眼拉槽爆破炮孔参数表

表2 两巷爆破炮孔参数表

3 实施过程中存在问题及解决措施

3.1 存在问题及原因

该项目于2009年5月开始实施。在实施初期遇到不少新问题，例如切眼拉槽炮孔爆破后，将顶板崩落300～500mm，由于切眼有锚杆及锚索等支护，对岩体起悬吊作用，顶板垮落部分并不多，未崩落的顶板也产生了明显的裂隙；又由于开采初期工作面向前推进较快，两巷第一组炮孔在切眼前方28m左右才施工，且起爆时在运输巷造成了1个炮孔拒爆现象，因此运输巷爆破效果不好，工作面顶板没有垮落迹象，顶板垮落效果不明显。

3.2 对策措施

（1）在上隅角向采空区后方补充炮孔。炮孔的补孔空间位置如图4所示，图中A、B、C为原方案中设计的第一组炮孔，D、E为补充增加炮孔，补孔位置与原设计第一组炮孔距离10m。以后每隔40m再补孔一组。

图4 上隅角补孔空间位置图

（2）两巷实施补孔爆破方法。将原初步方案中超前预裂炮孔间距由20m一组，修改为10m一组。钻孔位置见图5中回风巷上的A1、A2、A3、A4……和运输巷的B1、B2、B3、B4……所示。其中B组炮孔每组含2个孔（b1、b2），A组炮孔每组含4个孔（a1、a2、a3、a4）。

由于工作面前方已有四组炮孔（图中第一组、第二组、第三组、第四组位置）装药并爆破，为了避免将新钻孔打到爆破裂隙区里，A1、A2、A3和B1、B2、B3分别布置在已爆破炮孔中间处，即距离已爆破炮孔10m远。

图5 两巷增加炮孔与前期已施工炮孔之间的关系

3.3 采取措施后顶板处理效果

在经过两次方案调整并实施后，顶板的爆破效果较好，上隅角后方经过补孔起爆后，崩落了大量的岩块。根据现场爆破的效果观看，此次崩落的岩石多数堆积在支架后方，并有少许大块下滑至采空区中下部，爆破效果比较明显。采空区后方的顶板基本上沿整个工作面均垮落下来，对采空区的充填效果较好，如图6所示，支架后方的岩块也充填到了支架尾梁附近，顶板治理取得了较好的成效。

此后工作面在推进过程中，直至工作面结束，从顶板垮落现象来看，未发生过大面积的整体垮落现象，也没有发生过暴风等灾害事故。

图6 补充方案后采空区充填效果图

4 矿压显现

为了监测爆破治理后顶板的来压情况，花山煤矿6011工作面安装了9台CDW－60支架压力记录仪，综上分析发现，顶板冒落前后支架没有明显的压力陡增现象，支架压力值（28～29MPa）与额定阻力值（40.79MPa）仍有较大的差距，安全阀从未开启过。可见，6011工作面在经过坚硬顶板的爆破处理后，其矿压显现现象和传统的初次来压、周期来压有所不同，回采过程中矿山压力没有特别明显的增大现象。其主要原因是由于人工爆破改变了顶板结构，将直接顶及部分基本顶崩碎，使得顶板垮落步距长短不一，没有明显的规律性。

5 结论

花山矿1＃煤层综采工作面坚硬顶板弱化为攀煤集团首例，该项目的成功实施对当地其它坚硬顶板采面及其它矿井类似条件下坚硬顶板的治理提供了借鉴作用，使人们对坚硬顶板的治理有了新的认识，该项技术保障了该地区倾斜及大倾角煤层坚硬顶板条件下综合机械化开采的安全，相对传统的刀柱炮采而言提高了煤炭资源回收率，具有明显的技术优势及显著的经济与社会效益。

［1］ 刘文.大同“两硬”综放工作面顶煤注水－爆破联合弱化技术［J］.中国煤炭，2011（6）

［2］ 邢书仁，肖力，张锦鹏.煤层预裂爆破复合型宏观裂纹扩展的断裂理论分析［J］.中国煤炭，2010（10）

［3］ 孙建军，徐刚.深孔爆破弱化坚硬顶板技术的应用［J］.煤矿开采，2008（3）

［4］ 张祝涛，张龙江.坚硬顶板深孔爆破强制放顶的实践［J］.现代矿业，2009（5）

［5］ 宫世文，张荪茗，孙震等.深孔预裂爆破强制放顶技术的应用［J］.煤矿安全，2007（1）

［6］ 陈万平.综采工作面坚硬顶板深孔强制爆破放顶的应用［J］.内蒙古煤炭经济，2008（4）

Application of weakening technology on steeply inclined hard roof of thick gravel grit

Gao Weizhi
（Coal Ming and Designing Department，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd，Chaoyang，Beijing 100013，China）

The paper introduces that in Huashan Coal Mine in Panzhihua，deep－hole blasting weakening technology is adopted in fully mechanized working face with large inclination and hard roof of thick gravel grit.The blast parameters and equipments are mentioned.And in practice further make－up optimizing measures are taken.It has solved the difficulty of conducting fullymechanized mining work under the hard roof，and achieved good economic and social benefits.

steeply inclined coal seam，thick gravel rag，hard roof，weakening blast

TD353.6

B

“十二五”国家科技支撑计划资助项目（2012BAK04B08）

高维智（1970－），男，山西平遥人，高级工程师，主要从事煤矿开采技术研究工作。

（责任编辑 张毅玲）