1410工作面顶煤弱化技术探索与应用王合涛赵志刚周青帮（河南煤业化工集团鹤煤八矿河南鹤壁458008）摘要：鹤煤八矿1410工作面顶煤普氏硬度系数fNl.3,为了提高煤炭回收率， 特意对顶煤弱化技术进行了专项研发，主要通过高压注水和预裂爆破两种方式进行 了技术探索和应用，经过回采两个月的回采顶煤回收率提高28%,此技术能够实现对 顶煤的有效弱化，能够指导科学和经济并重指导安全生产关键词：顶煤弱化；高压注水；爆破预裂；煤炭回收率鹤煤八矿1410工作面在经河南理工大学现场测定后，残存瓦斯压力 P<0. 74Mpa,综合指标D为负值，瓦斯抽放率达到48. 1%>30%,工作面 预抽期9—12个月，所测煤层瓦斯含量为5.55—6.55n]3/t,已消除了突出 危险，可实行全层放顶煤开采，从而保证工作面的正常接替和矿井的均 衡生产，经过设计和掘进布置后决定对其进行回采但经过煤层取样试 验测得其普氏硬度系数f》l.3,为了实现对顶煤的有效弱化和增加煤层 发育裂隙程度，从而提高煤炭I口I收率，减小施工难度和劳动强度，改善 作业环境，因此特意对顶煤弱化技术进行了积极的探索和应用[1]一、 工作面概况1410工作面属回采煤柱工作面，位于井田的北部一195水平（该水平 回采时矿井类型未定为煤与瓦斯不按防突区域管理），下部为F51断层， 南边是12F2断层，北边是六矿边界，地面标高140. 59-152. 92m。
本采区 的主采煤层为山西组下部二1煤，走向NE转向NW长260m,倾向SE转向NE 长120m,倾角24〜26平均25煤层结构简单，平均厚度6. 5米, 属坚固煤，旦局部有夹砰[2：二、 技术方案（一）高压注水1、原理:对煤体进行高压注水主要是通过改变煤体的物理机械特性，压力水进入煤体后沿弱面流动，起到压裂和冲刷作用，以及水对裂 隙尖端的楔入作用（即水楔作用），使煤体原始发育裂隙扩大产生了新 的裂隙，从而破坏其整体性[3]当煤质较坚硬时，可通过钻孔在上下两巷走向方向和工作面倾向方 向对煤层进行高压注水，压力水对煤体产生物理和化学作用，改变煤体 物理力学性质，降低煤层冲击倾向性，达到降低煤体硬度的目的使坚硬 的煤层成为可垮落煤层煤体高压注水在开始阶段保持泵压持续上升，当达到破裂压力（泵 压初上升达到的最高值，一•般为20MPa左右）后，泵压突然下降5T0MPa, 并相对稳定在此时的泵压值上，这表明煤体被压裂，裂隙开始扩展2、 化学作用：%1 压力水对煤体中的…些软弱结构面起着润滑剂的作用，使煤体的 抗剪强度降低；%1 压力水对煤岩体内的某些矿物有溶解作用，矿物溶解后形成裂 隙，压力水又可沿裂隙楔入，形成新的裂隙，循环往复，使煤岩强度降 低；%1 煤和某些夹砰软岩吸水后会膨胀甚至崩解，吸水量越多，体积膨 胀量越大，表面变形量也随之增加，这种膨胀力作为一种附加应力作用 于煤岩体上从而使其变形以至破坏。
[3]3、 注水方式：%1 在工作面上顺下帮沿走向间隔5〜8m,打注水孔仰角+5距底 板Im,孔深60m,孔径中42倾（如图所示），进行本煤层顺层注水，泵站 压力不小于lOMpa,注水至上顺下帮煤壁或相邻注水孔渗水为止 下顺槽%1 按循环进度每推进一排，在工作面从上安全曰向下2e开始，距底板 L 5m,每隔3m打一个注水孔，仰角+30孔深6m,孔径中42mm （如下图所 示），沿工作面倾向方向注水，泵站压力不小于12Mpa,注水至煤壁、工 作面煤顶或相邻注水孔流水为止工作面高压注水孔布置平面简图（二）爆破预裂1、原理：此方案主要利用大直径空孔作为爆破预裂的位移补偿空 间和自由面进行深孔预裂爆破，以便在顶煤中产生预裂隙；然后再充分 利用顶煤运动变形的主动力一矿山压力的二次作用进一步破裂煤体和 使预裂隙进一步扩展、贯通，增大裂隙密度和裂隙范围；再经支架反复 支撑作用和煤体自重力作用使顶煤达到充分破碎[4]2、方式：我矿主要采用了煤体内深孔预爆破和工作面顶煤松动爆 破相结合的方式煤体内深孔预爆破是在沿底掘进工作面上下两巷距离 煤壁10川（大于支承压力影响区）向外的位置，距巷道底板眼深60川， 间距20m,下顺上帮打仰角+30。
上顺下帮打俯角-5 ,上下顺交替采 用大直经（中42赋）向煤体内打孔，利用乳化炸药进行深孔爆破预裂 ⑸由于我矿属于煤与瓦斯突出矿井，所以对I.作而顶煤的松动爆破主 要在放煤过程中出现煤顶不垮落等严重影响回采进度的现象时作为应 急手段使用其技术方案如下：%1 在打松动爆破眼和进行松动爆破前，必须对工作面要松动地段及 上下5米范围内所有支架重新加固，严格按照煤矿安全规程相关要求执 行；%1 打松动爆破眼从上向下每3e一个，炮眼的开口位置距采空区侧梁 头每个不少于0. 6mo松动爆破眼垂直顶板，眼深3〜仙（松动爆破眼的 眼底距顶板不少于0. 5m）每眼装药量400~600g,封泥长度不少于lin；%1 打松动爆破眼时，严禁向采空区倾斜，每个眼使用一个水炮泥；%1 松动爆破放炮时每次只准放…对眼，严禁超量拉炮；%1 放炮时站岗距离直线不少于30in,拐弯不少于20川二、技术方案总结1、高压注水对煤层主要有压裂与软化两方面的作用，压裂作用包 括使煤岩体增加裂隙，扩展裂缝，使层理分离，减小缝隙间粘结力等； 软化作用主要是指水的润滑和溶解煤层压力注水后，经过水力压裂和 长时间的湿润作用，煤体性质发生了变化，冲击倾向性降低即煤层硬度 降低，同时还起到了消尘、降温和改善劳动条件的作用。
高压注水工艺简单，使用设备和人工较少，可长期坚持推广使用2、煤体内深孔预爆破技术集中体现了深孔预爆破与大直经空孔补 偿相结合的技术特点，系统的综合了爆破的预裂作用、矿山压力的二次 作用、支架的反复支撑作用和煤体的自重力作用，可保证坚硬煤层在放 顶煤开采中顶煤的自行破碎满足正常推进工序需要技术理念新颖，原 理正确，能有效地弱化、破碎顶煤，为放顶煤采煤法应用于硬煤的创造 了技术条件三、结语我矿在1410工作面掘进完成时即开始对煤体内进行高压注水，并在 初采初放阶段进行工作面顶煤松动爆破共计三次使煤层切顶线断裂，正 常回采过程中坚持高压注水的同时每月对煤体进行深孔爆破一次，主要 包括上下顺槽各打一个爆破眼，并且两眼同时起爆，可保证煤壁正前40田 范围内顶煤自行破碎回采两个月以来1410工作面顶煤回收率提高 28%,增加原煤产量12000余吨作者简介：王合涛(1981-),男，河南省鹤壁市人,汉族，助理工程师,2007 年毕业于河南理工大学采矿学院，邮箱：C0ME0NTIANYI@163.C0M,从事 采矿工程、安全生产技术管理等专业工作，现在鹤煤八矿生产科任职参考文献：1、 《中国煤炭地质学》［M］韩德馨，杨起主编；煤炭.T•业出版社2、 《煤矿开采学(修订本)》［M］徐永圻主编；中国矿业大学出版社3、 《煤层注水技术》［M］张永吉等编著；煤炭工业出版社4、 《坚硬顶煤弱化的爆破的破坏区分布特征》［J］索永录；煤炭学报；2004年第6期5、 《坚硬顶煤爆破弱化研究》［J］田利军；煤矿爆破；1997年03期。