自龙煤矿顶板弱化处理及稳定性研究与应用

序 ｛ 。 Ⅱ 号 锺 蟠 ｍ ｝ Ｉ ｘ ， － 粤 １ ． １强制放顶方法 ｌ Ｉａ Ｖ Ⅳ酶 爆破方法是指人为地将顶板进行断裂 ， 使一定厚度的顶板断裂后冒 名称 不明显 明显 强烈 ｛ 非常强烈 分蟠指标 ８５ ￥５ ＜ ７ ９ ９ 只－ ５ ９ ９５ －０５ ｉ ≤ｌ５ 茸＞ １ ７≤ ＜ ７ １ ｏｓ １ ７ ４ －４ １５ 落形成矸石垫层。断裂顶板可以减少顶板一次冒落面积， 并且减弱顶板 冒落时产生的冲击力； 形成的矸石垫层还可以减弱顶板 冒落产生的冲击 从上式可以看出， 直接顶来压步距与岩石的强度有很大关系 ， 通过 波及风暴 。目前强制放顶方法主要有以下几种 ： 强制放顶弱化顶板 ， 对岩石的力学参数都有很大的弱化作用日 。 ① 循环式浅孔放顶方法 具体分类如表 １ 所示。 循环式浅孑放顶主要作用原理是爆破之后破坏了原来顶板的完整 Ｌ ２顶板弱化处理分析 性， 形成了新的矸石垫层 ， 缓和了顶板 冒落时产生的冲击力。具体做法 白龙煤矿 １ 号煤层直接顶的岩 ｌ ０ 生为砂岩 ， 抗压强度为 ７． ａ初 ９ ＭＰ 、 ６ 是 ，每 ２ 个左右循环在工作面切顶线处间隔一定距离打一定深度的浅 次垮落步距抗压强度为 １． ＭＰ 。根据直接顶稳定胜分类表可知， ３ ａ ７ 白龙 孑， Ｌ装炸药进行爆破。其缺点主要是对生产影响较大， 对推进速度较 陕、 煤矿直接顶应属于非常强烈直接顶 。 根据试验工作面生产条件 ， 计算分级指标 （ 周期来压步距 ５ ｍ） ５ ： 大采高工作面不适用。 ② 步距式深孔爆破方法 ２ １ ×ｎ５） ５ ６ ＋５ ４ ． １（５－１ ３ ５ ２ ６ ３３ ｌ１ × －＝ １２ （） ６ 步距式Ｎ－爆破主要作用原理是切断顶板 ，避免了顶板大面积冒 ？ Ｌ 通过计算分级指标 为 １ ， １ 即为 Ｉ ａ １２ Ｖ 级顶板 ， 非常强烈顶板。工 落。具体的做法是在工作面顶板周期来压之前 ， 沿着工作面向顶板偏向 作面在采取顶板弱化后（ 周期来压步距 ２ ｍ）分级指标为 ： ８ ， 采空区方 向打 ２ ３ 排深孔， 装炸药爆破。爆破之后在顶板内将会形成一 道一定高度的沟槽 ， 从而迫使坚硬顶板沿着这条沟槽折断 ， 保证工作面 ２ １３ （ ８ －１ ． ４ ．ｘ１ ２ ） ５ ｎ ５ ＋５ ． ２６×３３ ８ １ ． ＝ ３ （） ７ 安全生产。 通过上面计算 ， 工作面在采取顶板弱化后来压指标为 ８ １为 Ｉ ３ ， 级基 ③ 超前深孔松动爆破方法 来压不明显。 超前深孔松动爆破的主要作用原理是切断坚硬顶板， 减小顶板的冒 本顶， 试验工作面的顶板来压较为明显，而且基本顶的来压步距较大 ， 工 落面积。 具体做法是在工作面两 Ｉ ． 槽或瓦斯尾排巷等巷道向顶板方向 ５ 顶板才发生全面垮落， 这种情况对于工作面 打深孔， 在工作面前方的一定距离内进行爆破 ， 预先破坏工作面顶板的 作面推进距离达到 ５ ｍ时 ， 安全生产是不利的。 但是考虑到基本顶在工作面推进 ４ ｍ时， ８ 已发生较 完整性 。 所以威胁安全生产得到一定程度的减弱 ， 对于来压 根据工程力学计算， 岩石通常为脆 陛材料 ， 在最大弯矩的作用下 ， 为明显的局部垮落 ， 发 时超前支承压力峰值监测分析， 大约为 ７ ６ ａ集中系数大约为 １ １ ． ＭＰ ， １ ．。 ５ 生拉弯断裂 ， 计算公式如下： 所以由此可判断 ， 工作面顶板来压对工作面影响较弱 ， 但是考虑到如果 （） １ 等基本顶 自然垮落时 ， 工作面已经推进了 ４ ｍ， ８ 因此利用爆破方法进行 了人工放顶处理。当工作面生产推进距离达到 ３ｍ时， ０ 超前支护支承压 由（） １式可得 ： 力峰值已达到 ７ ３ Ｐ ， 中系数约为 １ ８根据以往实践经验 ， ． Ｍ ａ集 ６ ．， ５ 此时基 Ｌ… ＝ ｈ Ｖ ｑ ／ （） ２ 本顶压力对工作面产生的冲击作用已比较明显， 所以对试验工作面强制 放顶步距不应该超过 ３ｍ。 ０ 同时考虑到在工作面上、 下顺槽内打孔 ， 而不 式中： ——最大压应力， Ｐ ； Ｍａ 是在全工作面长度范围内进行顶板爆破处理 ， 只是对顶板的两端进行处 Ｍ 一——最大弯矩， Ｐ ； Ｍａ 理， 所以处理后过后的顶板仍然有滞后垮落的可能， 所以初次放顶步距 Ｌ ——极 限垮落长度 ， 。 ｍ ｉ ｎ 如果岩石最大压应力与岩石的抗拉强度等价， 即当最大压应力达到 应当适当地缩短， 最终确定初次强制放顶步距为 ２ｍ， ５ 初次放顶后 ， 放顶 步距 为 ２ ｍ。从支架工作阻力数据分析得出直接顶初次来压步距为 ０ 抗拉强度时岩层发生断裂 ， 则： １． ４ ｍ，直接顶来压时平均最大阻力值为 ５ １ Ｋ ，平均加权阻力值为 ７ ３２ Ｎ Ｌｍ ｘ＝ ｈ ￣ ４ ２ Ｋ ，来压步距较小并且来压强度不大 ，没有对支架造成 明显的冲 ０８ Ｎ 式中： ——抗压强度 ，Ｐ ； Ｍａ 击。 ｑ——抗拉强度， ａ ＭＰ 。 从现场试验结果分析 ， 直接顶在初次来压之后能随采随垮 ， 垮落的 在直接顶中如果无裂隙时， 其初次垮落步距可近似为固 定支承梁的 岩石 比饺破碎， 在支架后方的 ３４ ～ ｍ处垮落高度超过了支架大约 ４ 。 ｍ 从 极限断裂步距。因而 ， 可表示如下： 两端头看出， 在支架后方 ７ ｍ以后 ， 顶板垮落高度大约有 １ｍ左右， ０ 并且 和没有垮落的顶板相接触。从以 匕 试验结果可知， 爆破能够充分提高直 Ｉ ＝ １０ ０【 ＾ 。 ）
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科 技 论 坛
自龙煤矿顶板 弱化 处理及稳 定性研究 与应用
郭新 红
（ 山西霍 州煤 电集 团有 限责任公 司白龙煤矿 ， 山西 霍州 ０ １０ ） ３４ ０ 摘 要： 围岩直接顸 的稳定性对煤矿安全开采技 术具有 至关重要 的作 用。对 坚硬顶板进行弱化处理是 目前新型的研 究与处理方法 。 坚硬 顶板进行 弱化处理主要 方法有 注水弱化法以及爆破弱化法 。以脆性材料 计算法为基础 ， 对顶板的稳定性进行 了分类研究 ； 利用爆破 法对顶板进行 了弱化处理应用。 试验研 究结果表明： 通过弱化 顶板 强制放顶 ， 围岩力学参数 具有很强的弱化作用。 对 通过 实验 工作 面全面 垮落距 离从 ５ ｍ减 少到直接 顶能够随采随垮 ， ５ 最终确定初次强制放顶步距为 ２ ｍ， 次放顶后 ， 顶步距为 ２ ｍ。 ５ 初 放 ０ 关键 词 ： 煤矿开采； 顶板弱化 处理 ； 落距 离 垮 表 １直接顶分类 １ 顶板弱化处理的原理