采煤工作面强制放顶技术探索研究

采煤工作面强制放顶技术探索研究

李加才

云南地方矿山安全评价院

摘要:初放工作面因其顶板受到扰动较小，当回采到一段距离时，如采空区现了不冒落情况，问题会相当严重，给安全生产带来不稳定的因素。为加强回采安全，对达到强制放顶的采空区悬顶地段需采取强制放顶措施。为对采煤工作面强制放顶技术进行探索研究，此文以某煤矿为例展开分析探究，由于该煤矿654煤柱5工作面初放期间采空区悬顶面积过大，而采取的强制放顶措施，为以后同类的采煤工作面强制放顶技术提供依据。

关键词:强制放顶、技术探究

一、前言

近年来，随着我国经济的增长，各行各业也在逐渐的领域不断的发展与壮大，开采业也不例外，煤矿开采业发展至今，不仅开采技术有了显著的提升，与此同时，开矿人员的人生安全保障水平也在不断提高，煤矿开采的综合能力在更进一步的发展，下面以某采煤工程实例来分析论述。

二、强制放顶与深孔爆破原理简介

强制放顶是指通过爆破方式将坚硬顶板切断，人为使顶板冒落一定厚度而形成矸石垫层的工艺技术。深孔松动爆破，即在半无限介质中，炸药在炮孔内爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎、形成压缩粉碎区，在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播。因而在岩体内存在爆生气体应力梯度。在爆生气体压力驱动下，裂隙始终朝着压力（或应力）低的方向扩展，即向着远离炮孔的方向扩展，沿炮眼轴向形成一条裂隙带。该裂隙带破坏了岩体的整体性，达到了卸压的目的。

三、采煤工作面强制放顶的必要性

某些煤矿必须研究巨厚砂岩顶板的控制，主要由于坚硬顶板破断来压步距大、动载系数高，采空区上方顶板不能及时垮落，在此情形下，如果顶板不能得到合理有效的控制，那么在煤层开采过程中将会引发一系列问题，顶板难于冒落，悬顶面积过大，大面积顶板一旦冒落，将产生巨大的冲击地压，压死支架，并形成风暴，导致瓦斯超限。所以，在此类煤矿的开采过程中必须采取强制放顶的措施，对巨厚砂岩顶板的工作面开采具有非常大的影响。

四、工作面概况

该矿地层倾角3～20度，6煤层为主采煤层，其中654煤柱5工作面位于五采区东北部。工作面形状不规则，长490～542m，宽10～154m，平均煤厚2.96m。根据《煤矿安全规程》规定采空区未冒落段走向达到10m，倾斜方向达到20m时可施行强制放顶措施，654煤柱5工作面自初放开采以来局部采空区未冒落面积达到强制放顶要求，在这种情况下，必须对采空区采取强制放顶措施。

五、问题的提出

654煤柱5工作面主采煤层为6煤层，上覆四含系坚硬砂岩，该面自回采以来，采空区局部悬顶面积达到强制放顶的标准仍未出现冒落的迹象，给回采安全工作带来极大隐患，为加强回采安全工作，采用爆破进行采空区强制放顶措施，消除该隐患。

六、具体施工措施

6.1施工前准备

杂物清理干净，方便人员打眼施工，同时保证人员后路顺畅，保证施工人员安全。在打眼前，需打眼段附近10m范围内严禁无关人员逗留，安排有经验的老工人在采空区待回排向上方沿倾斜方向打单排眼，眼距控制在眼距2m左右，由当班队长负责观察采空区情况，一旦出现冒落迹象人员及时撤离；

6.2合理控制眼角度

采空区采取强制放置，炮眼角度至关重要，直接影响放炮质量。根据该工作面具体情况初步设计炮眼位置距末前排铰接梁头100mm，炮眼应保持在误差范围为50的一条直线上，炮眼角度保持在60°-70°左右，炮眼深度不得低于1.8m；

6.3控制炮眼装药量

为达到预期爆破效果，需和通风区技术人员联系，采用长度合适的38mmPVC塑料管作为炸药的载体，导爆索长度根据装药长度而定核定每眼药量，确保达到预期效果，经核定每眼装药量控制在2卷垫药，1卷引药，共计0.75kg。每次装药前在距爆破筒顶部100mm位置用8号铁丝穿透塑料管两壁，铁丝两端要拧紧，防止炸药脱落同时封泥长度、质量要符合作业规程规定要求，严禁出现封泥长度不够以及封泥不实情况出现。装药时应两人作业，一人专门负责观察顶板，用敲帮问顶锤找掉活矸危岩，无掉矸威胁后方可装药；

6.4严格控制施工顺序

深孔爆破按以下程序执行：钻孔→探孔→透孔→雷管导通→做炮头→装药→封孔→导通检查→警戒、撤人→连线→通知矿调度放炮→炮后检查→解除警戒。为确保在放炮过程中减少对工作面支柱的破坏，需减少工作面控顶面积，工作面回成三梁五柱支护形式后方可装药，严禁回柱前装药；

6.5爆破程序

作为爆破工程的最后一步，必须按照要求做到一次打眼，分组装药，分组起爆的方式。为了确保爆破质量，每组起爆（一次起爆）的炮眼不能超过4个。

七、施工问题及解决方案

由于该单位近几年未曾实施过强制放顶施工，因该面特殊顶板条件，加上顶板压力较大，因此实施强制放顶工作应避开顶板周期来压；同时在打眼过程中需在采空区侧打眼，给施工人员带来安全隐患，加之爆破过后若悬顶冒落存在工作面推棚的危险，另外爆破过程中可能引起局部支柱发生歪倒、变形情况出现，影响工作面支护等一系列难题。为确保强制放顶顺利、安全施工，必须采取相应的解决措施。

7.1及时做好周期来压预测工作

要求区技术人员在对该面的周期来压步距、周期进行及时观测和分析，确保做到对顶板来压分析的合理，为强制放顶施工提供切实的顶板来压周期分析；

7.2打眼过程中顶板来压出现冒落情况

打眼时要时刻注意采空区情况，发现采空区来压、顶板掉渣等异常情况时，必须立即停止作业，撤离到安全区域，待情况稳定无安全隐患后方可继续作业；

7.3施工出现推棚现象

放顶施工期间，因压力过大出现推棚现象。在实行爆破前，必须对工作面全部支柱进行加压，保证支柱初撑力达标。强制放顶期间，当班队长必须认真全面做好、支柱检测工作，发现隐患及时处理；

7.4爆破过程中人员警戒工作和爆破后工作面隐患排查工作

因实行顶板矸石爆破，需加大警戒距离，严格执行各项放炮管理制度。放炮后，必须等待15分钟以上，待炮眼散尽和顶板冒落稳定后，队长和放炮员首先进入工作面巡视放炮地点爆破情况、顶板冒落情况和支护情况，确认无危险后，人员方可进入工作面作业；

7.5突发事件的处理

人员进入工作面及时对因爆破崩倒的支柱进行整改、加固，确保工作面支柱初撑力达标，满足支柱强度要求。区管技人员根据实际情况制定合理的措施规定，对强制放顶施工过程中可能出现的各项难题，给予相应处理方案，确保强制放顶施工能顺利进行。同时对于强制放顶施工过程中出现的临时变化情况，要及时反映到单位管技人员，现场制定方案，排除施工中困难。在施工过程中，加强领导跟班工作，切实指导职工正确的施工，严格把措施落实到实处，安全顺利的实现强制放顶。

八、施工效果

通过此次对采空区实施的强制放顶措施，根据合理的炮眼布置，采空区基本实现冒落，工作面较少出现崩倒支柱现象，同时也未出现因放炮导致工作面推棚情况，消除初放期间回采过程中因采空区压力过大出现推棚的安全隐患。该项技术的顺利实现为我单位以后再处理类似情况提供技术支持。

九、结束语

此文理论结合实际，围绕某工程实例，从强制放顶简介、采煤工作面强制放顶的必要性、该工程工作面概况、该工程问题的提出、具体施工措施、施工问题及解决方案以及施工效果等等几个方面进行了详细的分析与论证，以供参考。

参考文献：

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[2]周楠.固体充填防治坚硬顶板动力灾害机理研究[D].中国矿业大学,2014.

[3]杨相海,张杰,余学义.强制放顶爆破参数研究[J].西安科技大学学报,2010,30(03):287-290+323.