采煤工作面初采坚硬顶板预裂软化技术应用
顶板预裂爆破技术在煤矿综采工作面的应用研究
工作面共布置炮孔 ３ ３ 个。 其中切眼 ３ ２ 个， 皮带 顺槽 １ 个， 炮孑 Ｌ 总长 度 ６ ３ ０ ． ８ ｍ。各炮 孔 布置 如下 ： （ １ ） 切眼 ： 在 切 眼 内距 切 眼 南 帮 １ ． ０～１ ． ５ ｍ处 顶
板 打 眼 ，布置 ３ ２个 炮 孔 ， Ａ、 Ｂ孔 各 ８ 个 （ Ａ１ ～Ａ８ 、 Ｂ ｌ—Ｂ ８ ） ， Ｃ孑 Ｌ ７个 （ Ｃ１ ～Ｃ ７ ） ， Ｄ、 Ｅ、 Ｆ、 Ｇ、 Ｉ 、 Ｊ 、 Ｋ、 Ｌ 、 Ｍ 各 １ 个（ 如图 １ 所示 ） ；
爆索 ， 所施工炮孔装药的总长度为 ３ ５ ５ ． ５ ｍ， 装药总重 为 １ ０ ５ ０ ｋ ｇ ， 封 泥 长度 为 ２ ７ ５ ． ３ ｍ。
・
２ ３ ・
煤矿 现 代化
２ ． ３ 爆破 顺 序
２ ０ １ ４ － ｒ 第６ 期
总第１ ２ ３ 期
爆 破顺 序 是从 切 眼 的端 头 向端尾 方 向 ，采 用 双 雷管 、双导 爆 索 引爆 ，分 组 装 药 、分 次 爆 破 ，使 用 Ｂ Ｆ 一 ２ ０ ０型起 爆 器 。起 爆 分 ｌ ３组 ， 依次 为 ： Ｉ、 Ｊ、 Ｋ —
Ｅ Ｆ Ｇ ’ １
轨顺
ｔ 熄－ 雄Ｉ 面田
及瓦斯超限事故的发生 ， 造成伤亡事故的发生 ， 严重 影 响工作面的正常安全回采 。为提高 回采工作面初 采顶 板 管理 ， 预 防工作 面 初采 瓦 斯 超 限 的发 生 ， 按 照 有关 的要求 ，沙 坪坝 煤矿 工 作 面 在 回采 前需 提 前 对 其顶 板 进行 爆 破 预裂 ， 弱 化 顶板 ， 确保 工 作 面 的安 全 正常生产 。本文针对沙坪坝煤矿二盘区的 １ ８ ２ ０ ８ 工 作 面顶 板 预裂 爆 破情 况 进行 分 析 ，对 解 决 初 采期 间 工作 面 顶板 管理 问题 具 有重 要 的现 实意 义 。
浅析预裂爆破在综采工作面坚硬顶板当中的具体应用
浅析预裂爆破在综采工作面坚硬顶板当中的具体应用摘要:本文以山西凌志达煤业有限公司15号煤层首采工作面坚硬顶板为主要研究对象,提出了坚硬顶板的预裂软化设计方案。
同时,对坚硬顶板预裂软化的数值做了模拟分析,为15号煤层安全开采提供理论和技术支撑。
关键词:预裂爆破综采工作面坚硬顶板具体应用坚硬顶板分为直接顶板和老顶。
在对坚硬难冒顶板的煤层进行开采的时候,采空区很容易出现大面积的悬顶,而且当悬顶的面积超过自身的极限之后,顶板就会冒落,进而导致剧烈的动力现象。
如果在相对集中的短时间里发生大面积的顶板冒落,那么就会对回采的工作面支护造成不可估量的破坏,并瞬间排除已采空间的空气,使之形成不同程度的风暴,给设备与工作人员带来损害,甚至还会牵连附近的巷道与矿井。
所以,必须对工作面的坚硬顶板采取一定的安全防治措施,避免工作人员与设备受到严重性损害,同时还要保证工作面可以安全的进行正常的回采。
下面本文就对坚硬顶板的预裂软化设计方案进行简要概述,其中包括顶板预裂的方案研究与顶板预裂钻孔的相关预裂爆破方案分析。
1、坚硬顶板的预裂软化设计方案由于坚硬顶板的强度很高,而且节理和裂隙不发育,所以具有自稳性强与整体性好等特点。
但是在开采的过程这些特点却容易造成大面积的悬顶。
所以,为了减少该类隐患,必须对顶板做一些处理以改变其物理力学的性质,减小顶板的悬露面积,保证施工安全。
通常所采用的办法就是爆破弱化,即人为地利用爆破方法将顶板切断,进而使具有一定厚度的顶板冒落转换为矸石垫层[1]。
这样就可以减小顶板垮落的面积,缓解顶板垮落时所产生的巨大冲击力;此外,矸石垫层还可以减少顶板冒落时所带来的冲击波与风暴。
现在爆破弱化的常用方法有步距深孔爆破、浅孔放顶、地面深孔放顶和超前深孔的预裂爆破等。
结合15#煤的具体情况,以及以往的工作经验,对15号煤层首采工作面的初采采用超前深孔的预裂爆破方式来处理其顶板。
比较具体的做法就是,在工作面的顺槽与切眼内向的顶板上打深孔,对顶板的完整性进行预先破坏。
科技成果——煤层坚硬顶板水力致裂控制理论与成套技术
科技成果——煤层坚硬顶板水力致裂控制理论与成套技术适用范围坚硬顶板对井工开采带来了诸多围岩控制与安全问题。
我国坚硬顶板煤层储量丰富，开采深度逐渐加大，冲击地压和围岩大变形加剧。
煤层坚硬顶板水力致裂理论与成套技术为坚硬顶板控制、冲击地压、保护临空巷道、治理综放面坚硬顶煤冒放性与初采瓦斯等提供了新的解决思路和方法。
尤其在不适合爆破的高瓦斯矿井具有巨大的经济效益和社会效益，有着广阔的应用前景。
技术原理通过水力致裂改造顶板岩体结构，可控制采煤工作面顶板的冒落。
研制了4000kN真三轴水力致裂实验系统，揭示了煤岩体水力致裂的机理与裂缝扩展规律，掌握了层面等的影响规律，揭示了采动煤岩体水力致裂的时空关系。
提出了定向水力割缝致裂、多孔线性控制水力致裂等定向致裂方法，提出了后退分段式水力致裂、水力爆破致裂等增加裂缝数目与均匀致裂方法。
关键技术研制了成套煤矿井下顶板高压（60MPa）水力致裂装备，可基于锚索钻机的小孔径致裂。
形成了基于锚索钻机的采煤工作面端头悬顶小孔径水力致裂控制、工作面切眼及中部坚硬顶板水力致裂控制、坚硬顶煤顶板水力致裂控制综放面顶煤冒放性与治理初采阶段瓦斯、坚硬顶板水力致裂弱化控制强矿压显现与保护临空巷道等技术。
形成了坚硬顶板水力致裂在煤矿各方面应用的成套工艺技术。
技术流程本工艺技术主要包括钻孔（预制缝）、封孔、泵注致裂、装备拆卸等四个工艺单元。
主要技术指标（1）成套井下水力致裂装备的水压力≥60MPa；（2）致裂钻孔最小孔径达32mm，效率高、工程量小；（3）单水路高水压专用胶囊封孔器的效率高，能重复利用；（4）单孔控制范围30m以上，钻孔致裂封孔深度可达80m以上；（5）研制了专用测控仪。
典型案例波兰专家在大同试验坚硬顶板水力致裂多年一直未成功致裂开。
之后大同引入本成套技术与装备，一次性成功致裂开坚硬顶板，并成功的解决了坚硬顶板带来的综放面初采瓦斯超限、临空巷道冲击地压和大变形等问题，取得了突破性进展。
预裂爆破在煤层坚硬顶板放顶煤工作面的应用
２ 预 裂 爆 破 方 案
工作 面 布 置 有 ３条 巷 道 ， 即： ３ １ ０ ３工 作 面 运 输 巷、 ３ １ ０ ３回风 巷 和 １ 条 顶 板措 施 巷 。工 作 面 两巷 为
于顶板 或顶 煤不 垮落 引起 的顶板 或 瓦斯事 故 。 因而 工 作面 如何 控制 顶板 和顶 煤是保 证 放顶煤 安 全生产
１ 工 作 面 概 况
河 南 鹤壁 中泰 公 司 ３ １ ０ ３采 煤 工 作 面 位 于 矿 井 ３ １采 区上部 ， 工 作 面 标 高 一２ ６ ４一 一３ ２ ３ ｍ， 所 采 山
西组 二 。 煤层平均煤厚 为 ７ ． ５ ｍ， 煤 厚 变 异 系数 为 １ ５ ． １ ８ ％， 可采 指 数 ｋ ＝１ 属稳 定 煤层 。煤 层具 有 自
２ ０ １ ４ 年第 ９ 期
中 州煤 炭
总第 ２ ２ ５ 期
预 裂 爆 破 在 煤 层 坚 硬 顶 板 放 顶 煤 工 作 面 的 应 用
杨 海波
（ １ ． 河南理工大学 能源科学与工程学院 ， 河 南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０ ； ２ ． 鹤 壁 鹤 安 矿 业 投 资 管理 有 限公 司 ， 河 南 鹤壁 ４ ５ ８ ０ ０ ０ ）
法（ 采 用 自然 垮 落 法 控 制 顶 板 ） 。放 顶 煤 采 煤 必
１ ５ ０ ｍ， 推进 长度 ４ ４ ５ Ｉ ｎ ， 煤 层厚 ８ ． ２ ｍ； 工作 面伪 顶 为黑 色 泥岩 ， 随采 随落 ， 厚度 ０ ． ３～ ０ ． ５ ｍ； 直 接顶 为 黑色砂 质泥岩 ， 平 均厚 度 ３ ． ３ ｍ， 坚 固 性 系 数 ｆ＝ ６ ． ３ ７ ； 基本 顶 为 灰 色 中粒 砂 岩 ， 厚度 １ ５ ｍ， ｆ＝１ ０ ． ５ 。 该 工作 面基 本顶 整体 性强 ， 坚硬 不 易垮落 ， 充 填采 空 区高度 不 大于采 放 煤 高度 ， 而 且该 矿 井 属 高 瓦 斯 矿 井， 为 防止 基本 顶大 面积 垮落 造成 瓦斯 事故 ， 需对 工 作 面 基本顶 进 行处理 ， 达 到 随采 随落 的 目的 。为 此 ，
综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用
综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用一、本文概述本文旨在深入研究综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，探讨其在实际工程中的应用。
随着煤炭开采技术的不断发展，综采放顶煤技术已成为煤炭行业的一种重要开采方式。
在综采放顶煤采场，厚层坚硬顶板的稳定性问题一直是制约安全生产和技术进步的关键问题。
本文通过分析厚层坚硬顶板的稳定性因素，提出相应的控制措施，以期提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。
本文首先介绍了综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点和稳定性问题，阐述了顶板稳定性的重要性和研究意义。
通过对国内外相关文献的综述，总结了目前关于综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性研究的现状和进展。
在此基础上，本文重点分析了影响综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性的主要因素，包括地质因素、开采因素、支护因素等。
同时，结合工程实例，对厚层坚硬顶板的稳定性进行了深入的分析和研究。
本文还提出了一些针对综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性控制的措施和建议，包括优化开采布局、改进支护技术、加强顶板监测等。
这些措施和建议可以为实际工程提供有益的参考和指导，有助于提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。
本文总结了研究成果和结论，指出了研究中存在的不足和需要进一步研究的问题，为今后的研究提供了方向和思路。
本文旨在深入分析综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，提出相应的控制措施，为实际工程提供有益的参考和指导，促进煤炭行业的安全生产和技术进步。
二、综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点综采放顶煤采场厚层坚硬顶板是一种特殊的采煤工作环境，具有一系列独特的特点。
这种顶板的厚度较大，往往超过常规的采煤工作面顶板，这使得在采煤过程中需要面临更大的顶板压力。
这种压力不仅来源于顶板的自重，还来源于采煤机械作业对顶板的扰动。
厚层坚硬顶板的强度高，不易变形。
这种特性使得在采煤过程中，顶板能够保持较好的稳定性，但同时也增加了采煤的难度。
因为在采煤过程中，必须采取适当的措施来防止顶板突然垮落，以免对采煤工人和设备造成危害。
燕子山矿水压预裂坚硬顶板的技术应用
4. 73 4. 24
岩性
灰 色 ，成 分 以 石 英 为 主 ，少 量 长 石
W 及 暗 色 矿 物 ，分 选 较 均 匀 、次 状
浅 灰 色 ，含 有 少 量 暗 色 矿 物 质 ，水 平层理
灰 白 色 ，主 要 成 分 石 英 ，次 为 长 石 、
a 遂 石 、含 有 少 暗 色 矿 物 、分 选 较
均匀*234
即
在
工
作
面
布
置
3个
孔
（钻
孔
以
45°仰
角
朝
向
推
进
方
向 ） ，丁 . 作 面 中 部 一 个 ，工 作 面 两 端 各 一 个 。
2)
在
工
作
面
推
进
至
15 m 时
，进
行
第
二
轮
致
裂
，
即 在 T .作
面
布
置
4个
孔
（钻
孔
以
45°仰 角
朝
向
采空
区 ） ，分 別 位 于 第 一 轮 相 邻 致 裂 孔 的 中 部 ， 与 第 一 轮
T 破 预 裂 ， 以 消 除 冋 采
.作 面 初 采 时 的 悬 板 隐 患 。
1 工程概况
8 4 0 1 150 , 该
矿
西
区
Y层
工作面长来自m 采高3.0 m ,煤 层 结 构 复 杂 ， 厚 度 不 稳 定 ， 煤 层 全 厚 为
6. 35 m ,有 1 〜2 层 0. 22 ~0. 50 m 的 夹 石 。 直 接 顶 为
传统爆破预裂。
关 键 词 水压致裂；坚硬顶板；布孔；采空区
坚硬厚煤层综采放顶煤预裂爆破开采技术的实践与应用
３ 硬 煤 区开 采 方 法 及 采 放 工 艺
３ １ 工作面开采 ３ ， １１ 煤 工作面走 向长 ７４ 倾斜长 １６ ４ｍ， ２— １６ 综采放顶煤工艺 ， ７ｍ， 采放厚 度 ９ ３ｍ， ．５ 可采储 量 １５ ８万 ２． ｔ 。该面 ３ 煤厚度 ９ ０ ９６ ｍ， ．３ ． 结构简单 ， ５ 局部地 段煤层下部 含一层 ０ ０３ ，ｍ的夹矸 ， 层状 构造 ， 向斜 轴 附近工作 面走 向 上 ２０ ０ｍ范 围 内煤层 坚硬 。检测 中心 的煤样 化验结 果 ０ ～３０ 为： 灰分 ２ ． ％， ５ ９ ９ 挥发分 ４ ．０ ， ７ ７ ％ 容重 １ ６ｇｃ ＇低 位发热 ．６／ｍ ， 量 １４５Ｊｋ， ８ １ｋ／ 三向抗压强度分 别为 ３ ．、７３ ３ ．Ｍ ａ ０ １３ ．、２７ Ｐ 。
１２ 巷道 布 置 ．
３ １ 深 孔 预裂 爆 破 松 动煤 体 的方 法 ．
采用深孑 预裂爆破 的方法强制放顶煤 ， Ｌ 全部 垮落法处理 采空 区。具 体施 工 方法 ： 使用 Ｍ ｒ一８Ｊ ｑ ５２气 动 锚 杆机 ， 用 ｑ ２ ｍ的麻花钻 头 ， ）ｍ ４ 在工作 面液 压支 架与 前梁 之 间的顶 板 上 ， 向采空区方 向， 倒 每架打 一个炮 眼， 炮眼与工作 面顶板 成
２２ 硬 煤 区影 响 情 况 ．
工作面采到硬煤 区后 ， 造成割煤 困难 ， 切割 过程 中截齿
损坏严重 ， 更换 频繁 ； 顶煤难垮落 ， 块度大 ， 放煤 口狭窄 ， 以 难 放净 ， 大块煤 下来后 ， 对支架 管路破坏 ， 支架失 去控制 ， 插板 进入后部运输机 ， 造成溜子断链 ； 大块 煤造成运输 困难 ， 运输 设备损坏严重 ， 碎机 三角带经 常断 ， 破 严重影 响矿井 生产和
探析15号煤层回采工作面坚硬顶板预裂软化技术
当代化工研究Modem Chemical Research78技术应用与研究2021•08探析15号煤层回采工作面坚硬顶板预裂软化技术*崔红兵(山西凌志达煤业有限公司山西046600)摘耍：近来在采煤工作中，国内外都有一个至今都无法解决的难题，关于采煤工作面坚硬顶板难以垮落的问题.在开采坚硬顶板的时候，采空区容易形成巨大面积的悬顶，会导致大面积的顶板在极短的时间内坍塌掉落，对工作人员的妥全有着巨大的威胁.因此为了更好的解决这一风险，我们组建了15号煤层首采工作面坚硬顶板预裂软化方案餉项目组，主要目的就是通过现代技术防止该类事件餉发生，加强采煤人员的安全保障.关键词：安全；顶板预裂；采空区中图分类号：T文献标识码：AAnalysis on Pre-splitting Softening Technology of Hard Roof in No.15Coal SeamWorking FaceCui Hongbing(Shanxi Lingzhida Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi,046600)Abstractz Recently,in the coal mining work,there is a difficult p roblem at home and abroad that can¥be solved up to now,that is,it is difficult for the hard roof o f t he coal mining f ace to collapse.When mining hard roof,it is easy to f orm a large area of s uspended roof i n goaf,which will cause a large area of r oof t o collapse andfall in a very short time,and p ose a great threat to the safety ofworkers.Therefore,in order to better solve this risk, we set up the p roject team of t he hard roof p resplitting and s oftening scheme in the f irst mining f ace of N o.15coal seam.The main p urpose is to p revent the occurrence of s uch incidents through modern technology and strengthen the safety of c oal miners.Key words x safety^roofpresplittingi goaf随着社会的发展与科技的进步，煤矿挖掘技术已经无法满足现代社会的发展，因此需要一种新的挖掘技术来适应现代的社会需求，本文主要介绍坚硬顶板预裂软化技术。
聚能定向预裂爆破切顶卸压在坚硬顶板综放工作面的应用
852021年第1期梁向辉：聚能定向预裂爆破切顶卸压在坚硬顶板综放工作面的应用聚能定向预裂爆破切顶卸压在坚硬顶板综放工作面的应用梁向辉（山西煤炭运销集团金辛达煤业有限公司，山西 临汾 041000）摘 要 金辛达煤业11（9+10+11）#煤层顶板为坚硬的K2灰岩，平均厚度10 m 左右。
工作面回采期间，受临近工作面采空区侧向支承压力影响，工作面顺槽变形底鼓严重。
通过现场应用定向预裂爆破切顶技术，回采前人为控制采空区K2灰岩顶板断裂位置，消除悬臂梁、三铰拱，使采空区侧向支承压力及应力集中系数大大减小，达到了保护临近巷道的目的。
关键词 坚硬；顶板；爆破；切顶中图分类号 TD327.2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.01.030Application of Directional Fracture Blasting to Cut and Relieve Pressure in Fully-MechanizedTop Coal Caving Face with Hard RoofLiang Xianghui(Jinxinda Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Coal Transportation and Sales Group, Shanxi Linfen 041000)Abstract: The roof of 11（9+10+11）#coal seam in Jinxinda Coal Industry ,which is hard K2 limestone, of which average thickness is about 10m. During the mining, affected by the side abutment pressure of adjacent gob, tailentry deformation and floor heave were serious. By using the technology of directional fracture blasting to cut the roof, the fracture position of K2 limestone roof in gob was controlled artificially before mining, the cantilever beam or three hinged arch was eliminated, and the side abutment pressure of adjacent gob and stress concentration coefficient were greatly reduced, the aim of protecting the adjacent tailentry was achieved.Key words: hard; roo; blasting; top cut收稿日期 2020-08-13作者简介 梁向辉（1986—），男，河南禹州人，2013年毕业于河南理工大学采矿工程专业，硕士研究生，工程师，现任金辛达煤业生产科科长。
预裂爆破在煤层坚硬顶板放顶煤工作面的运用探讨
预裂爆破在煤层坚硬顶板放顶煤工作面的运用探讨煤炭作为人们生活、生产的重要资源，为了满足人们的需求，煤矿开采得到了广泛的关注，放顶煤采煤法具有常见性，在实际开采过程中，极易存在安全隐患，进而严重威胁着矿井的安全生产。
在放顶煤工作面运用预裂爆破技术，不仅能够增加顶煤的破碎程度，还能够保证矿井生产的安全性，因此，预裂爆破技术的运用具有积极的现实意义。
文章主要探讨了预裂爆破在煤层坚硬顶板放顶煤工作面的运用，介绍了实施方案、注意事项及运用效果，旨在提高放顶煤开采的经济性、安全性与可靠性。
标签：预裂爆破；坚硬顶板；放顶煤；工作面引言随着煤矿开采规模的日渐扩大，为日常的生活与生产提供了充足的煤炭资源，在实际开采过程中，放顶煤开采法扮演着重要的角色，它的应用虽然提高了煤炭开采的效率，但开采过程中极易出现顶板或顶煤大面积垮落问题，为了保证放顶煤开采的安全性，急需控制顶板和顶煤，通过实践，提出了预裂爆破方法，此方法有效解决了坚硬顶板采煤工作面顶板不能随采随落的安全问题，进而提高了煤矿开采的安全性，保证了开采工作的有效性，文章以某矿井的工作面为研究对象，实施了预裂爆破，其运用效果十分显著。
1 工作面概况某省采煤工作面，其标高为-274～-341m，煤层平均煤厚7.6m，煤厚变异系数为15%，可采指数为1，属于稳定煤层。
根据实地考察可知，煤层具有一定的自燃性，发火期为7～12个月，煤尘爆炸指数为15%。
工作面无瓦斯突发隐患，具体的采煤方法为俯斜开采、倾斜长壁、全层综放，其为150m，煤层厚为8.0m，其伪顶为黑色泥岩，随采随落，厚度约0.5m，直接顶为褐色砂质泥岩，厚度约3.4m，基本顶为灰色中粒砂岩，厚度约14m，其具有较强的整体性，坚硬不易垮落，充填采矿区高度<采放煤高度。
坚硬顶板是指煤层顶板岩层拥有较大的强度及较好的完整性，在实际开采过程中，坚硬顶板大面积悬露，难以自然垮落，在垮落后多为大面积垮落，其影响范围较大，严重情况下会造成矿震，此时的突发性灾害事故直接影响着矿区的正常与安全生产[1]。
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坚硬顶板预裂软化技术应用
采煤工作面坚硬顶板难于垮落一直是国内外顶板控制中的一个难题。
有的初次垮落跨度达50m以上，冒落面积在3000m2以上，大面积的顶板在极短的时间内冒落，不仅对回采工作面支护产生严重的破坏，而且把已采空间的空气瞬间排出，形成巨大的风暴，对人员和设备造成严重损害，甚至对附近巷道乃至矿井破坏极大。
因此，对工作面的坚硬顶板采取相应的安全防治措施，对保证人员和设备免受严重的损害、工作面能够安全正常回采和企业的发展等都具有十分重要的意义。
目前，山西**煤业有限公司上组煤（3#煤）资源已接近枯竭，下阶段已开拓准备开采下组15号煤层。
文章以15号煤层首采工作面坚硬顶板为主要研究对象，研究坚硬顶板灾害发生的原因和规律，探索矿井坚硬顶板灾害防治技术，实现矿井顶板预裂软化、矿井顶板事故的防治与采掘生产安全的有机结合。
1、15号煤层围岩地质力学分析
据井田内钻孔资料，区内15号煤层上部常因相变出现厚度0～2.36m，平均0.93m，从较大范围看呈透镜体状以泥岩为主的夹层，从而分叉产出所谓的14号煤层。
14（或15）号煤层直接顶板（也为老顶）为K2灰岩，厚度5.75～8.39m，平均6.78m，岩石多呈厚层状，紧硬，工程地质性能优良。
15号煤层底板以泥岩或黄铁矿泥岩为主，时夹细砂岩薄层及灰岩透镜体等。
15号（或14号）煤老顶及直接顶板K2灰岩的密度为2.59～2.71g/cm3，含水率为0.1～0.2%，饱和极限抗压强度为147.5～152.5MPa，为坚硬岩石，其抗拉强度为 4.2～4.8MPa，泊松比为0.20～0.22。
15号煤井巷围岩中的底板泥岩稳固性较差，顶板K2灰岩的稳定性较好，为坚硬顶板。
2、15号煤层坚硬顶板预裂软化技术理论分析
2.1预裂爆破的目的
针对15号煤层上覆坚硬顶板进行爆破预处理，顶板爆破可以提前预裂煤层上方厚层坚硬顶板，破坏顶板的整体性，人为控制局部老顶跨落步距，减小老顶悬臂梁跃度和悬顶面积，破坏顶板储能条件，防止或减少冲击地压的发生；顶板爆破可以利用炸药爆炸时的爆轰波破裂顶板，提前释放老顶岩层蓄积的部分弹性能，降低应力集中程度；顶板爆破可以提前对采空区顶板进行松动预裂，释放沿空侧顶板压力，能有效地降低侧向压力对实体煤侧的应力集中程度。
2.2岩石爆破损伤断裂机理分析
在岩石爆破机理研究中，一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆生气体膨胀压力共同作用的结果。
冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用，而大量破碎岩石则是依靠爆生气体膨胀压力作用。
对均质岩体以应力波为主；而对于整体性不好、节理裂隙发育的岩体，以爆生气体作用为主。
岩石爆破过程在炮孔周围的空间上可分为三个区域：爆破近区（强烈冲击区，不大于2～3倍的炮孔直径）；爆破中区（非线性过渡区，不大于2～6倍的炮孔直径）；爆破远区（线弹性区）。
爆破作用下岩石破坏、断裂过程可分为以下2个阶段：⑴爆炸应力波使压碎区产生宏观裂纹，并激活、扩展破裂区的原始裂纹。
⑵爆生气体的准静态作用使爆炸应力波形成的裂纹产生二次扩展。
3、坚硬顶板预裂软化设计方案及施工
3.1坚硬顶板预裂软化设计方案
爆破弱化是用爆破的方法人为将顶板切断，使一定厚度的顶板冒落形成矸石垫层。
切断顶板可以减小顶板垮落面积，减弱顶板垮落时产生的冲击力；形成的矸石垫层则可以缓解顶板冒落时产生的冲击波及风暴。
目前爆破弱化的方法有浅孔放顶、步距深孔爆破、超前深孔预裂爆破、地面深孔放顶等。
根据15#煤具体情况，结合临近矿井开采15#煤层的经验，确定15101首采工作面初采采用超前深孔预裂爆破的方式处理顶板。
超前深孔预裂爆破主要作用是：切断坚硬顶板，减小顶板垮落面积。
具体做法是在工作面顺槽和切眼内向顶板打深孔，预先破坏顶板的完整性。
通过超前深孔预裂爆破的方式弱化顶板，减少初次来压步距和周
期来压步距。
3.2工作面切眼预裂爆破施工：
（1）工作面设备安装后，在切眼内距老塘侧巷帮1m处顶板打双排眼，排距 1.5m，并在工作面两端头向外侧打一组扇形炮眼。
175m 长的切眼共布置32组炮眼,每组2个放炮孔,共64个炮眼。
其中工作面内布置30组炮眼，共60个炮眼；工作面两端头各布置一组炮眼，共4个炮眼。
炮眼布置图见图1、炮眼布置剖面图见图2，工作面超前预裂爆破具体参数见表1。
表―1.工作面超前预裂爆破具体参数
图―1炮眼布置平面图
图―2 炮眼布置剖面图
（2）切眼爆破时间：在工作面从切眼处开始推进3—4刀后，即2.4—3.2m时在切眼液压支架后进行装药、连线和爆破，爆破前，工作面通风系统按回采时的通风系统不变。
（3）切眼炮孔爆破：放炮使用BF-200型起爆器1台，在15101工作面轨道巷使用。
起爆顺序是从运输顺槽端头开始向回风顺槽侧端头分依次起爆。
每次起爆2个炮孔，为分组装药，分次爆破。
一茬炮连线采用“局部并联，总体串联”的方式进行（即2个炮孔串联，1个炮孔内并联）。
起爆顺序：
d8、d8’→d1、d1’→……→c2、c2’→c1、c1’→……→b2、b2’→b1、b1’→……→a2、a2’→a1、a1’
4、预裂软化施工效果评价
***工作面实施深孔预裂爆破取得了较好的效果。
在支架后侧炮眼爆破后，顶板出现了一条较深的“沟槽”裂隙。
当工作面推进三个循环以后，顶板开始大面积冒落，垮落由两顺槽端头向工作面中部延伸，冒落范围达到了工作面的1／3左右；工作面继续向前推进10m 左右，顶板全部冒落，并出现随采随落的现象，支架后部空间被冒落的矸石充填密实。
在初采放顶推进过程中未出现切顶、压架和瓦斯瞬间大量涌出的现象。
本次首采工作面坚硬顶板深孔爆破较好地实现了顶板预裂的目的，防止了工作面因顶板瞬间大面积来压引发破坏工作面综采设备、危害作业人员人身安全等事故的发生，保证了工作面正常安全高效生产。