一种坚硬顶板强制放顶方法与流程

本发明属于煤矿安全领域，尤其涉及一种坚硬顶板强制放顶方法。

背景技术：

近年来随着煤层开采深度的不断加大，许多煤田进入下组煤的开采，其顶板坚硬，推采过程中不易垮落，一旦突然垮落会瞬间压缩采空区空气，并形成强烈冲击，损坏支架，威胁人身安全。

目前针对坚硬顶板，多采用聚能爆破强制放顶的方法，其施工一般步骤为在工作面两侧顺槽内向采空区打设切顶孔，然后装药进行爆破，将顶板提前预裂一条切缝，切断应力传递路径。此种方法仅是将采空区两侧顶板断开，在工作面较宽时，两侧切缝效应无法影响工作面中央，造成工作面中央应力持续偏高，这种情况在基本顶厚度较大的地方尤为显著。

随着工作面的不断推采，架后顶板形成长悬臂结构，导致顶板长期悬而不冒，且基本顶以上岩层若为坚硬岩层，发生弯曲下沉，积聚较大的弹性能，一旦释放，引发工作面来压显现剧烈，损坏工作面支架和巷道内的支护设备。

目前处理这种情况，一般解决方案是在工作面前方间隔一定距离掘进若干条联络巷，在联络巷内向采空区顶板打设切顶孔，在工作面未推采至联络巷时，进行强制放顶，待工作面推采过联络巷后，基本顶沿切缝线垮落，切断长悬臂结构的应力传递路径，解决工作面中央顶板压力过大问题。

此种方案有效解决工作面中央顶板压力过大的问题，但也暴露出诸多不足，首先，目前的采掘工作面一般长度为1000m左右，宽度为100m左右，根据见方理论即在工作面推采至宽度的整数倍时，工作面会出现大的周期来压，如要消除此问题，需要在工作面前方掘进若干条联络巷，增加了掘进工作量，综掘设备不断转场，降低了施工效率；其次，掘进巷道需进行支护，多条联络巷浪费大量的支护材料，且两帮支护材料打设在煤层内，影响推进速度，钢制锚杆及托盘容易损坏采煤机截齿及破碎机滚筒等设备；工作面若干条联络巷存在，改变顺槽通风布局，导致该工作面风量不足，须在联络巷内设置多道风门调节巷道风量。

鉴于此，需要发明一种坚硬顶板强制放顶方法，以减轻工作面采掘工作量，提高采煤效率，节省支护材料，降低工作面中央压力，保证推采安全。

技术实现要素：

本发明一种坚硬顶板强制放顶方法，具体包括以下流程。

第一步，在工作面轨道顺槽和胶带顺槽距离切眼相同的位置各施工一个工作空间，工作空间四侧壁使用锚网支护，工作空间顶板使用锚索网支护。

第二步，在两个工作空间内分别使用可升降钻机施工水平爆破孔，施工顺序为自下而上，由工作面顺槽向工作面顶板岩层中央水平施工水平爆破孔，相同位置水平爆破孔在工作面中央顶板岩层内贯通，水平爆破孔孔口呈一条切缝直线，切缝直线与竖直方向呈10°~20°夹角。

第三步，使用辅助工具将钢丝绳从水平爆破孔孔口一端穿入，从水平爆破孔另一端穿出，待工作面推采距离工作空间10m~15m时，使用胶带依次将炸药均匀绑扎在导爆索和钢丝绳周围，钢丝绳牵引导爆索和炸药进入水平爆破孔中，直至孔内装药完毕，导爆索末端绑扎雷管。

第四步，重复第三步，直至完成所有的水平爆破孔的装药工作，使用黄泥封堵水平爆破孔，封堵长度为3m~5m，所有的水平爆破孔同时起爆，在顶板岩层内形成切缝面。

第五步，工作面推采将切缝面置于采空区后，工作面顶板岩层在矿压作用下沿切缝直线垮落，压实底板。

优选的，为保证推采安全，第一个开拓的工作空间与切眼的距离为工作面宽度的2~3倍，相邻工作空间的距离为工作面宽度的2倍。

优选的，工作空间宽度与原有顺槽宽度保持一致，尺寸为长4m~5m，宽4m~5m，高7m~10m，锚杆直径18mm~22mm、长度2m~2.8m，锚索直径17.8mm~21.6mm、长度8m~10m，锚杆锚索的间排距不大于1m；锚杆和锚索使用树脂锚固剂锚固，锚杆锚固长度不低于0.5m~0.8m，锚索锚固长度为1.6m~2.0m，锚杆锚索均施加预紧力。

优选的，水平爆破孔间距为0.8m~1.2m，水平爆破孔长度为40m~60m，水平爆破孔直径为50mm~80mm。

优选的，钢丝绳长度为工作面宽度的2倍，约为200m，直径5mm，抗拉力不低于200kg，导爆索长度等于工作面宽度，约为100m。

本发明的有益效果是：

（1）在顺槽向上施工工作空间，大大降低了联络巷的施工工作量，若施工联络巷需要支护的长度为工作面的宽度，约为100m，而工作空间仅需支护14m~20m，节省了支护材料，不施工联络巷，解除工作面通风压力，减小施工风门的工作量；

（2）一次施工水平爆破孔较深，避免重复挪动钻机，整个工作空间仅需施工6-10个水平爆破孔，提高了施工效率；

（3）工作面未推采至爆破区域时，提前将顶板预裂，在矿压作用下自动垮落，降低支架阻力，保证底板安全；

（4）所有水平爆破孔同时起爆，经过爆破张拉作用，在工作面顶板形成切缝，切缝贯通呈面，切断应力传递路径。

附图说明

图1为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法三维透视图。

图2为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法三维图。

图3为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法水平爆破孔空间结构图。

图4为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法水平爆破孔侧面布置图。

图5为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法工作空间支护俯视图。

图6为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法工作空间支护三维图。

图7为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法炸药绑扎平面图。

图8为本发明一种坚硬顶板强制放顶方法炸药绑扎三维图。

图例说明：11—轨道顺槽，12—胶带顺槽，13—工作空间，14—煤层，15—顶板岩层，21—水平爆破孔，22—切缝直线，23—钢丝绳，24—导爆索，25—炸药，26—胶带，31—锚杆，32—锚索。

具体实施方式

本发明提供了一种坚硬顶板强制放顶方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1。

以某矿工作面宽度100m，长度1000m，煤层厚度3m，坚硬顶板厚度8m，顺槽宽度4m，高度3m为例。

本发明一种坚硬顶板强制放顶方法，具体包括以下流程。

第一步：在工作面轨道顺槽11距离开切眼300m位置施工一个工作空间13，胶带顺槽12距离开切眼300m位置施工一个工作空间13，工作空间13四侧壁使用锚杆31和金属网支护，工作空间13顶板使用锚索32和金属网支护。

第二步：在两个工作空间13内分别使用可升降钻机施工水平爆破孔21，施工顺序为自下而上，由工作面顺槽向工作面顶板岩层15中央水平施工水平爆破孔21，相同位置水平爆破孔21在工作面中央顶板岩层15内贯通，水平爆破孔21孔口呈一条切缝直线22，切缝直线22与竖直方向呈15°夹角。

第三步：使用辅助工具将钢丝绳23从水平爆破孔21孔口一端穿入，从水平爆破孔21另一端穿出，待工作面推采与工作空间13相距15m时，使用胶带26依次将炸药25均匀绑扎在导爆索24和钢丝绳23周围，钢丝绳23牵引导爆索24和炸药25进入水平爆破孔21中，直至水平爆破孔21内装药完毕，导爆索24末端绑扎雷管。

第四步：重复第三步，直至完成所有的水平爆破孔21的装药工作，使用黄泥封堵水平爆破孔21，封堵长度为5m，所有的水平爆破孔21同时起爆，在顶板岩层15内形成切缝面。

第五步：工作面推采将切缝面置于采空区后，工作面顶板岩层15在矿压作用下沿切缝直线22垮落，压实底板。

进一步的，为保证推采安全，第一个开拓的工作空间13与切眼的距离为300m，相邻工作空间13的距离为200m，轨道顺槽11和胶带顺槽12各须在距离切眼300m、500m、700m处各施工一个工作空间13。

进一步的，工作空间13与原有顺槽宽度保持一致，尺寸为长4m，宽4m，高10m，锚杆直径20mm、长度2.5mm，锚索直径大7.8mm、长度9m，锚杆锚索的间排距为0.8m×0.8m，锚杆锚固长度0.8m，施加预紧力40kn，锚索锚固长度1.6m，施加预紧力120kn。

进一步的，水平爆破孔21间距为1.0m，水平爆破孔21长度为50m，水平爆破孔21直径为75mm。

进一步的，，钢丝绳23长度为工作面宽度的2倍，为200m，直径5mm，抗拉力不低于200kg，导爆索24长度等于工作面宽度，为100m。

实施例2。

以某矿工作面宽度120m，长度800m，煤层厚度3m，坚硬顶板厚度7m，顺槽宽度4m，高度3m为例。

本发明一种坚硬顶板强制放顶方法，具体包括以下流程。

第一步：在工作面轨道顺槽11距离开切眼240m位置施工一个工作空间13，胶带顺槽12距离开切眼240m位置施工一个工作空间13，工作空间13四侧壁使用锚杆31和金属网支护，工作空间13顶板使用锚索32和金属网支护。

第二步：在两个工作空间13内分别使用可升降钻机施工水平爆破孔21，施工顺序为自下而上，由工作面顺槽向工作面顶板岩层15中央水平施工水平爆破孔21，相同位置水平爆破孔21在工作面中央顶板岩层15内贯通，水平爆破孔21孔口呈一条切缝直线22，切缝直线22与竖直方向呈15°夹角。

第三步：使用辅助工具将钢丝绳23从水平爆破孔21孔口一端穿入，从水平爆破孔21另一端穿出，待工作面推采与工作空间13相距10m时，使用胶带26依次将炸药25均匀绑扎在导爆索24和钢丝绳23周围，钢丝绳23牵引导爆索24和炸药25进入水平爆破孔21中，直至水平爆破孔21内装药完毕，导爆索24末端绑扎雷管。

第四步：重复第三步，直至完成所有的水平爆破孔21的装药工作，使用黄泥封堵水平爆破孔21，封堵长度为4m，所有的水平爆破孔21同时起爆，在顶板岩层15内形成切缝面。

第五步：工作面推采将切缝面置于采空区后，工作面顶板岩层15在矿压作用下沿切缝直线22垮落，压实底板。

进一步的，为保证推采安全，第一个开拓的工作空间13与切眼的距离为240m，相邻工作空间13的距离为240m，轨道顺槽11和胶带顺槽12各须在距离切眼240m、480m、720m处各施工一个工作空间13。

进一步的，工作空间13与原有顺槽宽度保持一致，尺寸为长4m，宽4m，高8m，锚杆直径18mm、长度2.2m，锚杆直径大于21.6mm、长度8m，锚杆锚索的间排距为0.9m×0.9m，锚杆锚固长度0.8m，施加预紧力40kn，锚索锚固长度2.0m，施加预紧力150kn。

进一步的，水平爆破孔21间距为0.8m，水平爆破孔21长度为60m，水平爆破孔21直径为60mm。

进一步的，钢丝绳23长度为工作面宽度的2倍，为240m，直径5mm，抗拉力不低于200kg，导爆索24长度等于工作面宽度为120m。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。