强制放顶在受水害威胁工作面中的实践

吕新峰

（济南华玫矿业有限责任公司，山东 肥城 271613）

煤层开采受到五灰水和奥灰水威胁,治理难度较大、水害威胁严重。华玫矿业现采5号、7号、9号和10号煤。其中9号煤层因顶底板地质条件较好（如表1所示），煤层稳定、构造简单，列为主产煤层。回采9302和9303工作面时，由于煤层底板突水，导致无法继续正常开采，尝试多种防治底板突水措施后，发现强制放顶可较好地解决底板突水问题。

表1 9号煤顶底板岩性特征表

1 工作面突水的现状分析

1.1 工作面的地质概况

据该矿水文地质资料，9号煤直接顶为粉砂岩夹泥灰岩，厚度8.65 m，直接底为粉砂岩厚度3.5 m，老顶为四灰岩，老底为粉砂岩。9号煤下距五灰25～29m，平均27m；五灰至奥灰8～12 m，平均9.9 m。五灰和奥灰，为本矿强含水层，9号煤标高-130 m以下，五灰水位+35 m。为了确定是否需采取疏水降压开采或注浆改造底板后再行开采，需要验算其突水系数：

式中：Ts为突水系数，MPa/m；P为五灰含水层水压，MPa；M为隔水层厚度，m。经计算 Ts=1.92/27=0.071 MPa/m.0.071MPa/m＞0.06MPa/m具有突水危险。

通过公式计算与现场探测，发现工作面底板突水是回采底板破坏型突水。9302和9303工作面是开采的前两个工作面，顶板管理最初采用缓慢下沉法。当工作面每向前推进30～40m，煤层底板突水，突水量Q为30～50 m3/h，导致无法继续正常开采，曾经通过强制放顶并留设安全煤柱，补切眼，再继续回采。一个工作面回采完后，往往需要放顶5～6次，煤柱留设50～60 m，产量少、回采率低，还增加了排水费用和工时费用。再者，为减少开采时的突水危险，曾在开采前对底板进行了注浆改造，加固底板隔水层，改变5灰含水层的富水性，具备了开采条件，但在开采过程中，必须注意降低矿压对底板的破坏。

1.2 工作面的底板突水与矿压的关系

经对9302和9303工作面的回采，我们发现9号煤顶板为粉砂岩夹泥灰岩，不易发生冒落。工作面支柱回收后，顶板缓慢下沉，从密集排至顶底板接实段在15～20 m，整个工作面采空区形成一个巨大悬露空间，煤壁一端支承着回采工作面空间上方悬露岩层的大部分重量，悬露面积越大、矿压越大，对煤层底板的变性破坏就越大，这是诱发底板突水的直接原因。要解决这个问题，就要改变顶板管理方式，由人工强制放顶替代缓慢下沉法。人工强制放顶后，减少悬露面积，从而减小了巷道顶板压力。

2 底板突水的防治措施

2.1 治理底板突水的常用方法

根据突水规律，防治底板突水，应以底板水文地质条件为前提，针对具体情况做好底板治理、疏放降压、合理留设防水煤柱的综合预防治理措施。

1）底板治理。由于巷道的地质条件、底板围岩性质和应力状态的差异，底板的变形破坏也会不同。底板为松软破碎岩层时，可用锚杆与注浆相结合的方法，使底板强度增加；压入地层空隙浆液扩张、凝固、硬化，以加固地层、并堵截补给水源的通道。为从根本上解决底板突水，常在采取注浆堵水、井下物探的同时，设计施工一条专用底板疏水巷。

2）留设防水煤柱。在受水害威胁的地段，为防止地下水或其他水源溃入工作面，以下情况应留设相应的防水煤柱：①因断层影响使煤层和富含水层接触或者煤层既和富含水层接触又被部分富含水层掩盖；②因断层影响使煤层底板和承压含水层接近，且当煤层采空后承压水有突破底板的危险；③煤层与充水断层接触；④煤层与充水陷落柱接触。

3）设置井下截水建筑物。为使井下局部地区的涌水不致波及其它地区，或为堵截水源，需在适当地点建筑截水建筑物（放水闸），将开采区与水源隔离。放水闸通常分为防水闸门和防水墙两种。

2.2 采用强制方顶法治理底板突水

强制放顶是顶板管理中的常用方法。当巷道靠采空区一侧顶板未按预计切顶线垮落时，则要组织人工打挑顶眼，采取爆破形式强制放顶。这需配备压风机、压风管路、风洞凿岩机等设备及相关人员，并要处理好工作面，打挑顶眼与其它工序的关系，以及打挑顶眼的装炮与回柱的关系。故在开采过程中要加强底板控制，从煤矿生产、安全保障、防治水害的角度，避免出现大面积出水、淹井、甚至人员伤亡现象；制定切实有效的底板突水防治措施，这是安全生产的重中之重。要制定强制放顶的标准。规定悬顶面积最大不超过10m2（走向达到2m，倾向达到5m）。

1）挑顶眼的布置：在切眼与工作面两巷打对眼，眼深1.5 m，倾角75°～80°，对与对之间2 m。要在工作面两巷切眼掘进时就打出来；对已形成的备用面未打的补打，或开采前打出来也可。工作面回采中，挑顶眼的布置，朝向采空区倾角75°～80°，眼深1.5 m；眼距视顶板的冒落情况而定，一般为3～5 m；装药量为0.75～0.9 kg/眼。

2）装备风动凿岩系统。安设压风机、压风管路、阀门、风动凿岩机、钻杆。钻杆要配备不同长度的（如0.6 m、1.0m、1.2 m、1.5 m各两根及钻头等）。每班要配至少两名凿岩机司机（须经专业培训考试合格，取得资格证），司机操作必须遵守操作规程。

3）认真处理打挑顶眼与回采各工序的关系。工作面在放炮与回柱期间严禁打眼。打挑顶眼必须在可靠支护条件下，严禁空顶作业。打挑顶眼要提前准备，不能等到回柱后悬顶面积超过规定再打。

4）认真处理挑顶眼装放炮与回柱的关系。装填炮眼要在回柱前操作，连线与通电起爆要在回柱后操作。连线时人员必须在可靠支护的保护下进行。爆破工要和回柱放顶工密切合作，严格按照作业规程、安全技术措施、技术操作规程的各项规定要求操作。坚持“浅打眼少装药”原则，爆破前必须由班长亲自布置好警戒，必须在可能通往爆破地点的所有通道设置警戒，并遵守下列的规定：①每孔装药量最大不得超过150 g，炮眼必须封满炮泥；②爆破前，必须在爆破地点附近洒水降尘；③爆破前，必须加固施工地点10 m范围内的支护；④爆破前，必须将巷道电缆，水管等设备进行掩盖，以防爆破崩坏；⑤对回收落顶未爆破的炮，要严格遵守规程规定。

5）加强管理。把强制放顶工作纳入生产质量验收交接管理中。悬顶面积超过规定要严格扣罚，对挑顶眼个数要采用正向激励。质量验收员要严格执行验收标准，确保挑顶效果。

3 结束语

经过对顶板实现强制放顶措施之后，各个工作面9号煤回采尚未出现底板突水现象，9号煤不仅得到顺利回采，改善了作业环境，提高了产量，并减少了因出水、留设煤柱对其下10号煤的水害及矿压影响。鉴于强制放顶在9号煤防治底板出水取得良好效果，本矿已将强制放顶作为底板承压水防治的重要方法，并在8号煤、10号煤的开采中得到推广应用。

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