坚硬顶板弱化技术在煤矿开采中的应用

坚硬顶板弱化技术在煤矿开采中的应用

赵爱民

贵州格目底矿业有限公司水城县玉舍中井煤矿贵州省六盘水市 553000

摘要：为解决坚硬顶板煤层回采时采空区内顶板大面积悬空问题，提出采用深孔爆破方式弱化顶板，从而实现工作面开采后坚硬顶板及时垮落。基于以上情况，在分析顶底板岩性的基础上，从技术应用的机理、爆破孔的布置方式和各个参数、施工措施3个方面入手，研究了坚硬顶板弱化技术在煤矿开采中的应用要点，最后探讨了顶板预裂爆破效果。希望通过研究，可以为相关领域技术人员提供有效的借鉴和参考。

关键词：坚硬顶板；弱化技术；煤矿开采

引言

随着煤炭开采深度的不断增加，坚硬顶板煤层开采占比呈增加趋势。坚硬顶板煤层回采时顶板来压强度大、影响范围广，如何降低来压强度以及来压影响是此类煤层回采时需要重点解决的问题。而坚硬顶板弱化技术的出现和应用可以避免以上不良情况的发生，因此，如何将坚硬顶板弱化技术科学应用到煤矿开采中，是相关领域技术人员必须思考和解决的问题。

1顶底板岩性

顶底板作为煤矿生产开采的主要煤层，具有4m的厚度，各个煤层之间的夹角均为6°，并且将煤层顶部的石灰岩厚度控制在10m以内。而顶板主要是由泥岩和砂岩2种成分组成的，厚度均为0.6m。同时，煤层的坚固性系数为5，有效地提高了煤层的抗压性和坚固性。

2坚硬顶板弱化技术应用要点

2.1技术应用的机理

由于煤矿开采的顶板通常具有较高的坚硬度，在具体开采中，需要相关领域技术人员将工作面的垮落距离控制在40m以内。当出现断裂现象后，需要将工作面向前方移动25m，然后，采用运输顺槽的方式，对工作面的位置进行回采处理，接着利用预裂爆破的方式对煤层顶板进行相应的松动处理，充分发挥和利用钻机的应用优势，对运输巷进行相应的钻孔处理，同时，还要在钻孔内部安装相应的炸药，从而实现对松动煤层顶板的彻底炸裂，以达到有效预爆顶板的目的。此外，还要采用放炮法对煤层顶板进行切断处理，使得顺槽到煤层上方顶板之间出现一条比较宽的裂隙带。只有这样，才能为形成冒落带创造良好的条件，也为实现煤层顶板的自动垮落打下坚实的基础。此外，相关领域技术人员还要充分利用地质材料，在有效结合井下实际情况的基础上，综合考虑岩石特性、煤层参数和工作面倾角等相关因素，采用布孔的方式提高煤矿开采的安全性。

2.2爆破孔的布置方式和各参数

在煤矿开采的过程中，工作面通常具有比较大的斜长，这无疑增加了煤层顶板垮落的风险。为了提高煤层顶板的切断处理水平，相关领域技术人员需要将工作面上层与下层之间的距离控制在25m以内，以达到有效提高煤矿爆破的目的。在这个过程中，相关领域技术人员要根据煤矿开采相关标准和要求，合理设计炮孔装药的标准高度，然后以顶板冒落高度为基准，科学控制煤矿开采工作，从而确保煤矿开采工作能够正常、有序、顺利地开展。此外，由于承压层处于工作面的上方，难免会对工作面造成一定的威胁，相关领域技术人员要根据承压层的使用情况，重视对相关施工参数的科学设计，从而有效提高钻孔施工效率，同时，还要根据炮孔的填充需求，将炮孔高度设置为15m，以确保炮孔装药工作的有序开展。另外，施工时还要合理设置炮孔水平位置，尽可能提高煤矿爆破效果，科学控制炮孔与工作面之间的夹角，保证炮孔方向与工作面方向一致。

2.3施工措施

2.3.1布点和打眼

成功安装工作面相关设备后，在推进工作面的前期，相关领域技术人员要做好对工作面前方距离的控制，确保运输槽顶能够处于炮眼的位置，从而保证炮眼的施工效率和效果。此外，还要充分利用和发挥液压钻机的应用优势，采用钻头配合的方式，确保炮眼与煤层顶板之间构成一定的夹角，并将孔距设置为2m。

2.3.2装药和放炮

在进行装药操作前，相关领域技术人员要使用吹风机对炮孔内部的灰尘进行吹扫处理，以达到有效清理孔内灰尘的目的。在制作炸药的过程中，要充分利用孔底，使用锋利刀片切割多余的导爆索，在炸药内部插入2根导爆索，并将导爆索的插入深度控制在20cm以内，用胶带缠好导爆索。同时，还要将雷管安装并固定在距离导爆索2m的位置，使用胶带做好对雷达的绑扎处理。只有这样，才能避免导爆索被水浸湿，从而提高导爆索的使用性能。此外，放炮员还要做好对放炮流程的优化和完善，避免因放炮流程不合理而引发安全事故，以进一步保证煤矿开采的安全性。

2.3.3管理措施

在坚硬顶板弱化技术的应用背景下，为了确保煤矿超前爆破实施效果，相关领域技术人员要充分利用相关生产技术，在安全监督部门的积极配合下，成立安全管理小组，不断纠正、优化和完善煤矿超前爆破方案，确保煤矿开采管理措施的科学性和合理性，尽可能避免安全风险的存在，确保相关施工人员的人身安全。

3顶板预裂爆破效果

超前深孔预裂爆破基本理论：超前深孔预裂爆破就是利用爆破技术破坏工作面前方顶板岩体的完整性，使顶板岩体在爆破冲击波的作用下产生裂隙。炸药爆破产生的冲击压力可达5～10万个大气压，位于爆破核心区域的部分岩体，在爆破产生的高冲击压力和高温（爆破产生的温度大于3000℃）作用下，受到强烈压缩形成塑性流态物质，产生爆破空腔。爆破能量在岩体内向外扩散，爆破产生的冲击力和温度也随之降低，部分岩体发生向心运动，进一步将塑性流态的岩体压缩粉碎，形成压碎圈。一般来说压碎圈的范围较小，因为岩体的抗压强度较大，压碎圈可吸收大部分的爆破能量，爆破冲击波在经过压碎圈之后，便不可将岩体压缩为塑性流态，冲击波也发生衰减。冲击波在压碎圈外可引起环向拉应力。因此，冲击波虽然已有大幅度的衰减，仍可形成裂隙圈。裂隙圈之外的爆破冲击波由于能量的衰减以及药室体积的增大，已不足以对岩体造成破坏，岩体处于弹性变形状态，直至爆破冲击波完全被岩体吸收，达到原岩应力区。在坚硬顶板弱化技术的应用背景下，相关领域技术人员要严格按照操作步骤对煤矿进行爆破处理。相关领域技术人员要严格按照工作面回采操作标准和要求，将实体煤支撑在上方顶板，并对实体煤施加一定的外力。最后，在有效结合采空区域相关条件的基础上，对煤层顶板大面积冒落问题进行分析和解决，尽可能避免风暴破坏现象的发生，进而推动煤矿开采工作有序进行。相关领域技术人员采用爆破的方式对煤层顶板进行相应处理后，自动形成了沟槽和相关裂缝区域，有效减弱了煤层顶板的聚集能量，为最大限度地提高煤层顶板的安全管理水平创造了良好的条件。此外，通过对老顶岩梁的力矩进行解除，形成一种新的平衡力，使简支岩梁的弯矩达到最大，在极限抗拉力的作用下，岩层会被彻底拉裂，以达到预裂爆破顶板的目的。

结束语

在煤矿井下顶板弱化中使用并不广泛;预裂爆破使用煤矿乳化炸药，矿井有现成的材料以及技术人员，因而是井下作为常用的顶板弱化技术。在坚硬顶板弱化技术的应用背景下，为了保证煤矿开采工作能够正常、有序、顺利地开展，相关领域技术人员要根据煤矿开采的实际需求，选择合适的预爆破方式，实现对坚硬顶板的弱化处理，从而提高煤矿开采的稳定性和安全性，为促进煤矿开采行业的健康、可持续发展提供有力保障。

参考文献

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