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1、采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及策略摘要：为了在厚煤层坚硬顶板条件下安全进行回采，顶板的安全管理是重要 保障。坚硬厚顶板一般是指在薄层的直接顶上面或煤层上方直接赋存厚层坚硬的 砾岩、砂岩或石灰岩（分层厚度一般大于5m），其一般具有完整度高、结构致密、 裂隙不发育等特点，极易出现大面积垮落现象，不仅会诱发顶板灾害，而且还会 对矿井安全生产带来不利影响。在采煤工作面具体施工过程中，坚硬厚顶板一般 会采用强制放顶技术，如预裂爆破放顶技术、定向水力压裂放顶技术，将会对其 进行全面、系统的分析和研究，以期为后续采煤工作面的施工奠定良好的基础。关键词：采煤工作面；坚硬厚顶板；强制放顶技术；策略本文主要分析了
2、采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶原理及技术，重点介绍了提 高采煤工作面坚硬厚顶板放顶效果的策略，它不仅能够确保采煤工作面坚硬厚顶 板放顶工作的安全、高效进行，而且还可以提高后续煤矿开采工作的顺利进行。 通过对坚硬厚顶板放顶技术及策略进行研究，以期为煤矿的安全生产提供可靠保 障，并实现经济与社会效益的最大化。1工作面顶板强制放顶技术通常情况下，在采煤工作面坚硬厚顶板整体垮落时，往往会悬露几万到十几 万m2,如果大面积的顶板一旦在极短时间内出现冒落现象，将会产生比较严重的 冲击破坏力，甚至还有可能瞬时挤出已采空间的空气，形成巨大的暴风，产生更 大的破坏力。对于采煤工作面坚硬厚顶板断裂而言，其一般存在如
3、下现象：（1） 煤帮出现明显片帮与受压现象；（2）顶板断裂音响和声响的频率增大；（3）底 板出现底鼓现象，或者顺煤柱附近的底板出现了裂缝；（4）顶板下沉速度和工 作面中支柱载荷明显增大；（5）上下平巷出现了明显的超前压力；（6）有时采 空区顶板会出现明显的淋水或裂缝加大现象。在采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶 过程中，还需要借助地音仪、微震仪和超声波地层应力仪来给予准确预测，在对历次冒顶预兆特点给予综合分析的基础上，结合仪器预测结果，对大面积冒顶做 出科学、准确的预报，以免诱发不必要的灾害，确保采煤工作面施工的顺利进行。2采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶技术类型2.1预裂爆破放顶技术对于采煤工作面坚硬
4、厚顶板而言，预裂爆破放顶技术得到了广泛应用，其主 要包括循环浅孔拉槽、端部拉槽和中部拉槽3种类型，其中，循环浅孔拉槽放顶 主要是指在进行工作面推进过程中沿工作面切顶线，每隔几个循环全长打孔进行 爆破放顶。端部拉槽控制放顶一般是指沿工作面开切眼全长向顶板进行打眼爆破。 中部拉槽放顶一般是指在顶板中部爆破以达到缩短极限垮落步距的目的。在强制 放顶过程中，要结合采煤工作面坚硬厚顶板特点来对预裂爆破放顶技术给予科 学、合理的选择，以此来达到预期的放顶效果。例如，某煤矿3206工作面倾斜 长度157m，埋深209m- 341m，走向长度1384m，选择了一次采全高综放开采技术。 该工作面主采3#煤层，煤
5、层结构简单，煤厚在4.82m- 5.46m，平均5.31m，煤层 倾角2 -6，平均4。在3#煤层中含有1-2层夹砰，夹砰总厚0.2m-0.4m； 煤层硬度f=1-2，节理、层理属于中等发育。采煤工作面基本顶粉砂岩，厚度在 12.34m-16.46m，单轴抗压强度达到了 57.44MPa-4.62MPa，是坚硬厚顶板。在对 3203工作面进行回采过程中，由于顶板来压步距较大将不可避免的出现支架压死 现象，此时为了降低安全事故的发生率，在对3206工作面进行强制放顶时，可 以选择顶板预裂爆破技术。通常情况下，3206工作面属于综采面，具有比较严密 的支架安装，中部拉槽和循环浅孔拉槽放顶方式无法有
6、效进行施工，此时决定采 用端部拉槽放顶方式来对采煤工作面进行初次强制放顶。在工作面开切眼内布置 拉槽地点，并确保施工场所相对安全、宽敞，待工作面安装结束后开始进行拉槽 放顶施工。沿3206工作面切眼全长对炮孔进行布置，最好中部开始逐步向头尾 进行放顶炮孔的施工，共计14组，其中上下端头放顶孔为每组3个，剩下的为 每组2个炮孔。3206工作面选择了成孔直径为65mm的ZYJ-269/168型架柱式液 压回转钻，此时要求所有炮孔仰角为60左右，设计炮孔深度为15m，炮孔间距 为4.2m，炮孔装药量为20kg，每孔装药长度控制在10m左右。在预裂爆破放顶过程中，为了有效缩短悬顶长度，降低对支架产生的
7、冲击载 荷，一般需要在工作面初次来压后，并且在第一次周期来压之前，对3206工作 面顶板采用两巷步距式爆破断顶法，以此来提高爆破强制放顶处理效果。实际上， 为了确保运输平巷和回风平巷中取决比较理想的步距式强制放顶效果，所有步距 放顶孔一般需要按每组2个孔进行布置，孔深控制在15m，水平转角为50和 70，仰角为50和70，顺着工作面推进方向每隔5m需要对炮孔进行布置， 分2层设计来开展爆破强制放顶，该过程中最好选择毫秒延时分层起爆。在预裂 爆破放顶过程中，要确保放顶的炮和切眼放顶炮孔具有相同的参数，即：炮孔深 度为15m，孔径65mm，炮孔装药量为20kg，装药长度10m，封孔长度5m。2.2
8、定向水力压裂放顶技术定向水力压裂技术在采煤工作面坚硬厚顶板中也比较常用，其一般会在岩体 中形成方位预设的初始定向裂缝，其将会直接决定岩层裂隙走向。借助高压水在 较短时间内，沿预先切割的初始裂缝将岩体破裂，形成具有一定形状和尺寸的分 层或块体。通常情况下，定向水力压裂技术可以实现对坚硬厚顶板的切断或分层， 并使围岩和岩层结构的完整性遭到破坏，以确保高集中应力的有效释放与转移， 这样不仅可以提高能量传递时的衰减程度，而且还可以对冲击地压发生的能量条 件和应力条件给予有效控制。大量的调查与统计得知，在足量的水压和足够高的 压力情况下形成的分层面即所谓的拉裂面，其半径能够达到10m-25m，可以使岩
9、石物理属性发生改变。水力压裂系统一般是由高压管路系统、高压泵、及配套设 备组成其中配套设备又包括了封孔压裂器、定向切槽刀具、高压管路、钻孔窥视 仪、压力表、流量等。定向水力压裂放顶技术的施工流程如下：施工钻孔。在设计位置选择与之 相匹配的钻机进行施工，以期获得钻孔深度满足压裂要求；切割初始裂缝。在 钻孔内，选择定向切割刀具来对初始定向裂缝进行切割，选择钻孔窥视仪来对初 始裂缝的走向和位置进行观测，并对其是否满足压裂需求进行评估；封孔。将 高压管、封孔器，推送到钻孔底部，以实现与流量计、压力表、控制阀等管路系 统的有效连接；注水压裂。启动高压泵，将水注入到钻孔内进行压裂，该过程 中需要对压力表的
10、压力变化给予实时监测，如果压力明显降低时，则反映高压水 基本上进入压裂岩层，此时还需要继续维持注水压力一段时间，以确保裂缝充分 扩展。该方法既可以提高采煤工作面坚硬厚顶板放顶效果，而且还可以确保工作 面高效、安全回采。3结束语综上所述，对于采煤工作面坚硬厚顶板而言，在进行煤矿开采时，要结合实 际情况合理选择放顶技术，并按照要求做好采煤工作面顶板支柱支护质量和动态 监测工作，对发现的安全隐患要及时采取措施给予解决，这样不仅可以确保采煤 工作面施工的顺利进行，而且还可以提高煤矿开采效率。参考文献1 胡建波.综采工作面巨厚坚硬顶板放顶管理的研究和应用J.商 情，2020,5(26):93-94.2 王传绳，赵中伟.综采工作面坚硬顶板强制放顶技术研究J.山西冶金，2019,12(1):137-138.3 刘学,李宏艳，李磊.厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究J.现 代矿业,2020,8(6):93-94.4 坚硬顶板条件下沿空留巷围岩变形影响因素分析J.刘二红.煤矿现代 化.2017(03)5 多层坚硬顶板综放开采矿压规律及控制技术研究J.朱志洁，王洪凯，张 宏伟,汤国水，兰天伟,高明.煤炭科学技术.2017(07)备注：爆破的方式早已经被淘汰了，现在普遍的是水压欲裂。突出其优点、 实用性、安全性、经济型等，通过和爆破对比使其更鲜明(爆破内容不宜过多)。
