综采工作面坚硬顶板控制技术研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇综采工作面坚硬顶板控制技术研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】综采工作面坚硬顶板大面积的垮落，经常给工作面支护设备造成严重的破坏，甚至发生顶板事故。本文介绍了综采工作面坚硬顶板控制的方法，分析了坚硬顶板采场矿山压力显现特征，结合工程实践，探讨了综采工作面坚硬顶板的控制技术。

【关键词】综采工作面；坚硬顶板；顶板弱化；深孔爆破

1 坚硬顶板采场矿山压力显现特征

（1）周期性的破断来压步距大、动载系数高

坚硬顶板的一大特点就是煤层采出后，采空区上方的顶板不能及时垮落，当悬露较大面积后，才突然破断冒落。造成坚硬顶板来压强烈的一个重要因素是直接顶垮落形成的垫层很薄，或者无垫层，老顶垮落的空间高度大，在变形能量释放的同时，大块顶板的岩石直接冲击砸在支架上。

（2）支架载荷高，且分布不均匀，合力点靠近后排支柱

支架载荷高是由于一次冒顶高，冒顶面积大，就承受的岩体自重而言，较普通采场大。顶板冒落时，支架要承受厚层且悬臂较长的顶板岩体。该岩体在破断之前的变形和蠕变，会使支架载荷迅速增高。

（3）坚硬顶板来压具有明显的时间差和步距差

坚硬顶板的破断规律一般是先离层后拉断，断缝往往超前在煤壁内，断裂后由于上覆岩层亦为坚硬岩层，则产生夹持作用，使断裂的岩块夹持在岩层和煤层之间，保持暂时平衡状态，只有当工作面即将推进至断裂线附近时，顶板才垮落，断裂与垮落都将产生两个尖峰载荷。如果上覆岩层较松软，支架又有强大的切顶能力，在暂时平衡瞬间，上覆载荷将迫使顶板垮落，这时的时间差和步距差较小。

2 坚硬顶板控制方法

坚硬顶板的控制有两种方式：一种是维持顶板稳定不冒，安全采出煤炭；另一种是促进和改善顶板冒落，安全维护采场空间。属于第一种的控制方法有煤柱支撑法、采空区充填法，属于第二种的控制方法有强制放顶法、压力注水弱化顶板法、强力支护切顶法等不同的方法。

煤柱支撑法是在留煤柱支撑下保持顶板的相对稳定，其采煤方法有长壁刀柱法、房柱法、短壁法等。这种方法的主要优点是支护技术简单、成本低、效率高，但最大的缺点是资源回收率低，采空区内残留大量的煤柱不能采出。采空区充填法有水砂充填、风力充填、胶结充填等，它是在煤炭采出后，利用井上下几乎等体积的砂、矸石、废料等充填到采空区，保持顶板不冒落。这种方法对于建筑物下、水体下和铁路下开采是有效的，开采贵重的金属矿产，在经济上也是有利的。

爆破法放顶破坏岩体的完整性是一种可行的顶板处理方法，它包括采后爆破和采前预爆破两类，这种方法可将爆破的位置选择在顶板拉应力最大区域和要控制的来压步距位置，从而减少钻孔工程量和炸药消耗量，降低顶板处理成本。注水弱化顶板是通过水的压裂和软化，降低岩体强度和完整性，达到控制顶板的目的。

3 综采工作面坚硬顶板控制技术实践

3.1 工程概况

某矿9号煤为第三水平煤层，其中II646工作面采用走向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤法进行回采。直接顶为石灰岩，在浅部其岩性变化较大，局部地段相变为泥岩、砂质泥岩或砂岩，平均厚度9.32m，致密坚硬，节理裂隙较发育，属坚硬性顶板。II646工作面倾斜长为113m，走向长1000～2000m，在开采过程中II646工作面基本顶大面积来压时对支架有冲击，且初次来压和周期来压步距较大，矿压显现十分明显。为了实现工作面安全、高产高效生产，必须对9号煤坚硬顶板进行进行弱化处理。

3.2 顶板处理方法确定

由于9号煤层顶板吸水率较低，注水后强度降低小且注水弱化周期长，故9号煤顶板不适合采用此方法处理顶板。爆破弱化顶板可以人为控制顶板冒落面积，减弱顶板自然冒落时产生的冲击力，形成的矸石垫层则可以缓解顶板冒落时产生的冲击波及风暴。根据9号煤具体情况，为实现生产与顶板处理平行作业，实现工作面高产高效的目的，决定对9号煤综采工作面顶板采用超前深孔预裂爆破的方式处理顶板。

3.3 炮孔布置方式及参数设计

（1）炮孔布置方式

本次爆破采用巷道双向钻孔法炮孔布置方式，即在工作面风巷与机巷同时向顶板岩体内打孔，每一组包含基本顶切断孔（炮孔1，2，3，4，5，7，8）、端头切断孔（炮孔6），炮孔位置超前采煤工作面的距离为35m，如图1所示。

（2）炮孔直径

考虑到现场施工机具，工作面风巷采用SGZ-ⅢA-150型钻机打孔，炮孔直径为75mm；而工作面机巷内受运煤胶带机、断面、施工机具等影响，采用ZYJ-380/210液压架柱式回转钻机打孔，炮孔直径为60mm。

（3）炮孔间距

合理的炮孔间距可以保证巨厚坚硬顶板的裂隙发育完全，根据断裂力学理论，可以得到超前深孔预裂松动爆破炮孔间距公式：E=K rb f 1/3，式中，K为调整系数，一般取10～15；rb为炮孔半径；f为岩石坚固性系数。因此，对于炮孔间距：E=15×0.0375×91/3=1.17m，确定为1.2m。

（4）炮眼排距

由于爆破时炮孔之间会产生应力集中现象，有利于形成贯通性裂隙，致使岩石更加破碎，所以炮孔排距要小于炮孔间距，采用以下经验公式进行炮孔排距的计算：b=mE，式中，m为炮孔密集系数，一般取值为0.4～0.6。因此，排距b=0.4×1.2=0.48m，上下排距确定为0.5m。

（5）炮孔末端距离