许瑞谦

（山西同煤集团虎龙沟煤业有限公司，山西 朔州 038300）

虎龙沟煤矿开采的5#煤层工作面顶板属于坚硬岩层，结构致密完整，构造裂隙及节理不发育，自承能力强，在采空区易形成大面积悬露，不易垮落，威胁煤矿的安全生产[1-2]。目前，预裂处理不易垮落的顶板常见的措施有水压致裂、聚能爆破、CO2爆破等，但密集钻孔预裂弱化顶板的应用较少。本文以81511 工作面为研究背景，针对综放工作面顶板不易垮落问题进行了系统分析研究。

1 工程背景

81511 工作面开采5#煤层，煤层倾角3°～5°，平均煤厚10.68 m，结构简单，含有夹矸，夹矸主要以泥岩和灰质泥岩为主，平均厚度1.2 m。工作面设计可采走向长1035 m，倾向长180 m，采放比为1:2.05。直接顶是平均厚度为1.88 m 的高岭质泥岩，基本顶是平均厚度为17.8 m 的粗砂岩。相邻81501工作面顶板的初次垮落步距和周期来压步距分别为39 m 和21 m。在工作面开采期间由于顶板过硬致使采空区顶板大面积悬露，若不及时处理，一旦发生垮落会带来巨大的冲击力造成人员伤亡，同时会使采空区瓦斯剧增，严重影响煤矿的安全生产。

2 顶板钻孔预裂参数确定及方案布置

2.1 钻孔预裂弱化机理

图1 钻孔周围岩体应力分布

钻孔预裂机理分析与巷道开挖后围岩应力重新分布分析类似。巷道开挖后会使周围一定范围的围岩在地应力的作用下形成三种区域，分别是：破碎区、塑性区和弹性区。同样，对岩体进行钻孔后也有三区的形成，如图1 所示为钻孔周围围岩应力分布。

钻孔预裂主要是钻孔在地应力的作用下发生应力集中，在钻孔周边一定的范围内围岩发生塑性破坏，形成一个破裂区（即弱化区）。……