對堅硬頂板弱化處理防止瓦斯驟然涌出的探討

【摘 要】本文以某煤礦綜采工作面中的堅硬頂板為研究對象，著重從堅硬頂板垮落下采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象分析、綜采工作面堅硬頂板弱化處理措施分析以及堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的意義分析這三個方面入手，圍繞堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的應(yīng)用問題進行了較為詳細(xì)的分析與闡述，并據(jù)此論證了針對綜采工作面中的堅硬頂板進行弱化處理在防止采空區(qū)瓦斯驟然涌出，確保整個煤礦礦井綜采工作面安全且高效運行的過程中所起到的至關(guān)重要的作用與意義。

【關(guān)鍵詞】綜采工作面；弱化處理；瓦斯

從理論上來說，堅硬頂板是指附著于煤層上方或是存在于厚度較小直接頂上方位置的高強度頂板。這種頂板之所以被研究人員定性為“堅硬”頂板，其關(guān)鍵在于此類頂板具有包括厚度大、強度高、節(jié)理裂隙發(fā)育低一級整體性強在內(nèi)的多方面特性。更為關(guān)鍵的在于：此類頂板在煤層開采作業(yè)之下仍然能夠以大面積懸露狀態(tài)存在于綜采工作面采空區(qū)當(dāng)中，且在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)出現(xiàn)自然垮落的可能性極小。當(dāng)壓力值超過頂板巖層極限強度時，頂板會開始呈現(xiàn)垮落，進而導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯流場受到一定的影響與干擾。此種干擾突出表現(xiàn)在沖擊氣流之上，并最終導(dǎo)致整個煤礦礦井井下綜采工作面瓦斯驟然涌出問題嚴(yán)重，作業(yè)安全性無法得到可靠保障?；诖?，出于綜采工作面安全且高效運行因素的考慮，相關(guān)工作人員必須針對堅硬頂板在工作面退井下的垮落問題進行有效整改與優(yōu)化。本文對此作出詳細(xì)分析與說明。

一、堅硬頂板垮落下采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象分析

對于綜采工作面而言，堅硬頂板在初次垮落的過程當(dāng)中會以整體形勢進行運動，這種運動著重表現(xiàn)在：堅硬頂板首先是在鄰近上位巖層離層邊界位置中出現(xiàn)拉裂細(xì)紋，其端部所售彎矩作用力在此種狀態(tài)作用之下呈現(xiàn)出一定的降低趨勢，這部分降低的彎矩作用力會直接轉(zhuǎn)移至巖層中部位置。而大量的實踐研究結(jié)果向我們證實了一個方面的問題：在端部裂紋擴展趨勢不斷加劇的作用之下，端部彎矩作用力同中部彎矩作用力會保持一定的可轉(zhuǎn)化關(guān)系。與此同時，當(dāng)端部裂紋拓展深度超過一定限制之后，中部拉應(yīng)力會達到極限承受狀態(tài)并形成相應(yīng)的拉裂斷縫。此種裂縫勢必會直接導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯的驟然涌出。特別值得注意的一點在于：受到綜采工作面在推進過程當(dāng)中并未針對堅硬頂板采取弱化措施的因素影響，堅硬頂板所發(fā)生的瞬時性垮落勢必會導(dǎo)致中部支架瞬時承受壓力過限，進而發(fā)生損害。與此同時，強烈風(fēng)暴的形成加重采空區(qū)解析瓦斯出現(xiàn)驟然涌出，進而為整個綜采工作面的安全運行埋下嚴(yán)重隱患。

二、綜采工作面堅硬頂板弱化處理措施分析

圖1 綜采工作面巷道超前鉆孔平面布置示意圖

（1）綜采工作面堅硬頂板弱化處理高度的確定分析?？紤]到整個綜采工作面的設(shè)計采高參數(shù)為1.98m，為確保冒落頂板恰好能夠充分填充整個采空區(qū)作業(yè)區(qū)域，爆破狀態(tài)下的放頂高度則應(yīng)當(dāng)依照如下方式進行計算：工作面設(shè)計采高參數(shù)/（工作面巖石破碎狀態(tài)下的體積膨脹系數(shù)-1）。由于工作面巖石破碎狀態(tài)下的體積膨脹系數(shù)為恒定值1.3，可確定爆破狀態(tài)下的放頂高度應(yīng)當(dāng)確定為6.6m。處于采空區(qū)對冒落頂板填充充分因素的影響，可考慮將垂直高度確定為7.5m。（2）綜采工作面切眼頂板弱化處理分析。首先，從切眼爆破炮眼布置的角度上來會說，綜采工作面相關(guān)裝置設(shè)備在布置之前需要在切眼位置做打眼處理。炮組與炮眼需要保持一定的對應(yīng)關(guān)系；其次，從切眼爆破時間布置的角度上來會說，在確保切眼掘進環(huán)節(jié)順利完成且支架未進行安裝的間隔時間當(dāng)中進行打眼作業(yè)。與此同時，在綜采工作面推進3～4刀（工作面推進距離在1.8～2.4m范圍之內(nèi)）的狀態(tài)下對打眼進行裝藥與爆破處理；最后，從切眼炮眼爆破布置的角度上來說，涉及到切眼炮眼爆破的聯(lián)線應(yīng)當(dāng)遵循并聯(lián)局部、串聯(lián)總體的布置方式。推薦選用FD-200D/A型多功能起爆裝置。特別值得注意的一點在于：切眼炮眼在爆破過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)按照由中部至兩端的順序進行作業(yè)，每次起爆炮眼在3～4個。（3）綜采工作面超前爆破處理分析。下圖（見圖1）為綜采工作面巷道超前鉆孔平面布置示意圖。由圖對炮眼布置進行分析：對于皮帶巷以及軌道巷而言，現(xiàn)場施工作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)操作步距放頂30m間隔標(biāo)準(zhǔn)對各組炮眼進行布置。對于以上炮眼的爆破處理而言，其聯(lián)線方式同樣應(yīng)當(dāng)遵循并聯(lián)局部、串聯(lián)總體的布置方式。炮孔內(nèi)部做并聯(lián)處理，各炮孔之間做串聯(lián)處理。在多功能起爆裝置作用之下由中部位置至兩端位置，參照1～3個炮眼/單次起爆頻率進行分組爆破。

三、堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的意義分析

（1）針對綜采工作面進行的堅硬頂板弱化處理最大限度的控制了頂板在工作面持續(xù)推進狀態(tài)下的大面積懸頂問題，從而也就避免了受到堅硬頂板瞬時垮落影響而產(chǎn)生颶風(fēng)對采空區(qū)區(qū)內(nèi)聚集瓦斯帶出的可能性。（2）在綜采工作面堅硬頂板弱化處理的一系列措施作用之下，整個工作面初次來壓及周期來壓的步距指標(biāo)參數(shù)得到了有效控制。而這對于整個礦井井下綜采工作面工作質(zhì)量與工作效率的提升而言是極為關(guān)鍵的。（3）將本文所闡述有關(guān)堅硬頂板的弱化處理措施應(yīng)用至綜采工作面實際做當(dāng)中能夠使得堅硬頂板產(chǎn)生裂隙的時間得到了現(xiàn)出提前。在此基礎(chǔ)之上，弱化處理作用下的堅硬頂板能夠在工作面推進狀態(tài)下得到及時且緩慢的垮落，從而盡可能的控制了工作面回采作業(yè)過程當(dāng)中瓦斯驟然涌出可能性，改善效果顯著。

總而言之，為確保堅硬頂板在工作面實時推進過程當(dāng)中能夠及時且精確的垮落，在此基礎(chǔ)之上合理控制堅硬頂板在滑落過程當(dāng)中對綜采工作面的礦壓顯現(xiàn)及沖擊作用影響，進而最大限度的避免堅硬頂板在垮落狀態(tài)下所導(dǎo)致的瓦斯驟然涌出可能性，本文建議相關(guān)工作人員在超前深孔欲裂爆破方式支持下針對該礦井綜采工作面中的堅硬頂板做弱化處理。實踐研究結(jié)果表明：對堅硬頂板進行弱化處理能夠有效縮短初次及周期來壓的步距參數(shù)，進而確保綜采工作面采空區(qū)中所聚集的瓦斯能夠均勻用處，從而盡可能的杜絕工作面推進，堅硬頂板垮落狀態(tài)下瓦斯的驟然涌出可能性，進而也就確保了整個煤礦礦井綜采工作面運行的高效性與安全性。本文針對堅硬頂板弱化處理在防止瓦斯驟然涌出中的應(yīng)用這一中心問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關(guān)研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

參 考 文 獻

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