坚硬顶板处理方法探讨
顶板弱化处理法在开采坚硬顶板煤层中的应用
为使 顶板垮 落矸 石充分 填 实采空 区 ． 放顶 最小 高 度 Ｈ可根据 如下公式 确定 ：
：
Ｋ ＰБайду номын сангаасｌ
图 １ 开 切 眼 深 孔 预 爆 破 炮 眼布 置 图
式 中 ． ＿ 煤层采 高 ， － 取设 计采高 ４３ ． ｍ：
３ Ｃ Ｉ Ｏ １ＩＤ Ｓ Ｙ ８ ＨＮ Ｃ Ａ Ｎ ＵＴ Ａ ． Ｒ
（ ） 眼布置 。分别 在 皮 带 和轨 道顺 槽 每 隔 ２ ｍ １炮 ０ 采用 由黄泥制 作 的专用炮 泥充 填 密实 ． 长度符 合设 计 布置 一 组 钻 孔 进 行 步 距 放 顶 每 组 钻 孔 ５个 炮 眼 ． 炮 眼编 号 为 Ａ、 Ｃ、 Ｅ。 Ｂ、 Ｄ、 呈扇 形 布 置 。炮 眼布 置 如 图 ２ 图 ３所 示 。两 顺 槽 内步距 放 顶 各炮 眼参数与 装 、
器使用 Ｂ 一 ０ Ｆ ２ ０型矿 用安 全型发爆 器 ． 用分 次装药 ． 采
５０ ０ ｍｍ，． ｇ卷 。雷管下 层使用煤 矿许用 ８号普通 瞬 １ ｋ／ ２
用 导爆索 （ ） 药 与封 孔 ： 药采 用 内径 为 ５ ｍ 的 Ｐ Ｃ ３装 装 ６ｍ Ｖ
分 次 起 爆 联 线 采用 “ 部 并联 总体 串联 ” 局 的方 式 进 发 电雷 管 ， 层使 用秒延 期 雷管 。导爆索 采 用煤矿 许 上 行 ．炮 孔起爆 从切 眼 中部 向两端 交替 依次 顺序起 爆 ， 每次起爆 ３个炮 眼 ’
ｎｌＺ Ｅ ｍ
ｍ ＿ ｌＺＯＩ ｌ ＿ ０ 科 学 技 木
坚硬 顶板 的煤层 开采 ．由于顶板 岩 层强度 高 、 厚 度 大 ． 空 区易形成 大 面积悬 顶 此 类顶 板一 旦 大面 采
一
顶板岩 石初始 碎胀 系数 。 １ 取 － ３
坚硬顶板处理方法探讨
坚硬难垮落顶 板在 煤层采 出后 ，当悬露面积较大时 ，才 突然垮 落。２ Ｏ世纪８ Ｏ年代前 ，我国的大 同、北京 、乌鲁木齐、枣庄等矿 区大都采用刀柱采煤法 管理顶板 。每 回采一 定距 离后，在采空 区内 留设一定面积的煤柱支承 顶板 。这种方法可基本 保证工作面 回采期 间顶板 不垮落。但是 ，随着开采面积 的不断扩 大，所留煤柱应力逐 渐增大 ，终被压酥破坏 。当采 空面积达到一定 范围时，常常发生大 面积垮落 ，造 成剧烈的动力现象 。 同煤集团小峪煤矿 。山西 朔州 ０ ３ ６ ０ ０ ０）
【 摘
要 】坚硬顶板 难以 自 然垮 落，如 果不采取适 当措施促使
其垮 落 ，则其初 次垮 落步距会很 大 ，一旦垮 落，则 冒落面积很 大， 形 成 巨大 的 风 暴 ，对 工作 面威 胁 极 大 ， 因此 需要 采 取 适 当措 施 措 施 其垮 落。常见的处理方 法有超 前深孔预爆破松动煤体 或预 裂顶板 、 高压 预 注 水 弱化 顸 板 和 深 孔 爆 破 法 强 制 放 顶 。 【 关键词 】 坚硬 顶板显现特征 ；处理 方法
，
１ ． ２坚硬难垮落顶板工作面 的初 次来压特 征 工作面从切眼开始推进 回采 ，当悬露较大 面积 后才突然破断垮 落 ，工作面 出现强烈的来压显现 。坚硬难垮落项板 工作面初次来压 的另个特 点是 一次断裂、 垮落 的岩层 厚度大； 冒断厚度 可达１ ０ ￣２ ５ ｍ ， 甚至更大 。垮落岩石的块度大 ，有 的块度可达十几立 方米 ，甚至几 十立方米 。坚硬 难垮落顶板工作面初 次来压的第三个特 点是来压强 度 大 ，动 载 系数 高 ； 大 面 积 的 悬 顶 一 次 性 断 裂 垮 落 时 ，产 生 瞬 时 冲 击载荷 ，常损坏工作面 的支护设备 ，甚至造成人 员伤亡 等恶性事故。 １ ． ３坚硬难垮 落顶板 的周期来压特征 坚硬难垮 落顶 板工作面初次来压 后，随着工作面 的推进 ，支架 后方常形成较长 的顶板 悬臂，有 时可达２ ０ ￣３ ０ ｍ ，最大达到５ ５ ｍ 。由 于坚硬难垮落顶板 的岩石破断角较小 ，直接 顶垮落后形成 的矸石 垫 层 很 薄 ，有 时 甚 至 根 本 没 有 垫 层 ，致 使 未垮 落 悬 顶 与 垮 落 的矸 石 堆 没有任何力学联系 ，形成悬臂梁结构 。当悬臂达到一定极 限长度 时， （ ａ ） （ ｂ ） 才会断裂和垮落 ，使 工作面造成强烈 的周期 来压显现 。坚硬难垮落 图１工作 面内深孔放顶 顶板 工作面 的周期来 压特 点是 ：来压步距大 、动载系数高 ；来压 时 （ ２ ）平巷内钻平行于工作 面的深 孔 常对 支护设备造成动载破坏 ，甚 至危及 人身安全。 能减 少与生产作业的相互干扰 ，也可 利用 注水孔爆破，利用采 ２ 坚硬难垮顶板 的处理方法 空区顶板表 面作为 自由面 ，提高爆破效果 ，而 由于孔 比较深，应有 ２ ． １超前深孔预爆破松 动煤体 或预裂 顶板 相应 的钻孔设备 。在顶板为厚层砂岩时 ，可用Ｔ Ｘ Ｕ 一７ ５ 型油压钻 机或 其顶板或煤体是在采 煤工作面前方按相应 间距 向坚硬顶板或煤 回转钻机 ，钻孔 直径按钻机 能力和项 板岩性 在６ ０ ｍ ｍ ￣９ Ｏ ｍ ｍ 间选择， 体 内打 钻孔 实现预爆破松动 ，使坚硬岩层或煤体在某 区域 内破坏形 孔距可为 １ Ｏ ｍ ～１ ２ ｍ ，钻孔水平 的夹角６ 。～１ ２ 。，仰 角１ ４ 。～４ ５ 。。 成裂缝 ，实现 降低顶板 来压 强度的 目的 。 其钻孔 布置与注水孔类似 。 （ ３ ）地 面 钻 孔 爆 破 放 顶 爆后要 利用 孔 口不变形 的特 点，把静压水接ＮＳ Ｌ 口，减少粉尘 。超 在井 下无法进入 的大量坚硬岩层悬项或遗 留煤柱 区，距 地表很 前松动 方法 适应性强 ，使用 的专 用设备数量较少 ，对 于减缓大面积 浅 ，地面又有钻孔施 工条件 ，应采用由地面钻孔爆破放顶 。先在地 来压非 常有 效。其缺 点是大量 炸药爆炸污染井下空气 ；松 动爆破不 面用钻机 打出１ ０ ８ ｍ ｍ 的钻孔，为了提高爆破效果 ，通常要进行扩孔 易均匀 ，特别是松动顶板 ；在煤质松软和直接顶破碎 时不适合使用 ； 大药量爆破 。要采用封底爆破 或把药包按药壶位置 吊于钻孔 中，从 在高瓦斯矿井和煤层 中应用 ，要有绝对安全 的措施 。 下到上逐段实施爆破 。扩孔 后的钻孑 Ｌ 下部直径为３ ０ ０ ￣４ ０ ０ ｍ ｍ ，高度 ２ ． ２高压预注水弱化顶板 在２ ０ ｍ 。 运用钻 孔 向顶板注压力 水的办法 ，改变坚硬顶板 的力学性质， ３结束语 使它成为能垮 落的顶板 。压力水对 顶板岩石一般有压裂与 软化等作 由于煤矿与煤矿 的不同地质条件、顶板弱化方案也会不 同，应 用 ，水对顶板 的压裂作用主要包括 使岩 层增加裂隙 、裂缝 及使层理 按工作面顶板 的岩性 、经济成 本、方案安全性等确定顶板弱化 的方 分离 ，以减 少缝 隙间粘结力等 ，岩 石试 件浸水 的强度 降低 大小与试 法。超 前深孔松动爆破不影 响工作 面生产，且效果较 明显 ，应用 的 件是否有裂隙相关 。 较广些。 岩石均具 有吸水软化特性 ，实验表明，粘土胶结 的砂岩 较碳酸 参 考 文 献 ： 盐胶结 的砂岩 强度 降得多 ，平均 降低率 为４ ３ ％和ｌ ９ ％。节理裂 隙发 【 １ ］ 高木 福 ． 坚硬 顶板 处理 步距 的数 值模 拟 【 『 ］ ． 辽 宁 工程技 术 大学 学 育的岩石浸水软化效果 比较 明显。浸 水的时间愈长，强度也就 愈低 。 报． ２ ０ ０ ６ （ ５ ） ． 关于注水孔 的布置有 单侧 和双侧 ，根据 工作面长度和钻机 的能力确 ［ ２ 】 黄晋 兵 王台矿 井综采 工作面处理 坚硬 顶板技 术研 究 卟 煤炭科学 定 。孔距与浸润半径相 关，通 常，孔距应选择浸润直径 的３ ／ ４ ～２ ／ ３ 。 技 术， ２ ０ ０ ８ （ ９ ） ．
坚硬顶板综采工艺深孔强制放顶技术
坚硬顶板综采工艺深孔强制放顶技术重点介绍了肥城矿区八煤层坚硬顶板放顶设计及综合治理，提高生产效率，消除普采工艺带来的安全隐患，降低了工作面底板出水机率。
标签：坚硬顶板；综采；深孔；强制放顶1 地质概况肥城矿区八煤层直接顶板厚3.8～6.63m，平均4.73m；岩性为四灰，灰至深灰色，质较纯，但夹有钙质泥岩，致密，厚层状构造，下部含黑色燧石结核，因而坚硬而色深，含较多的蜓蝌化石，形体大，保存完好，层位稳定。
岩性坚硬，普氏硬度系数?=8.0～11.5，底面凹凸不平，垂直裂隙发育，常常形成复合顶板，破坏顶板完整性，属中等稳定顶板，一般不自行垮落，往往只缓慢下沉，采用冒落法管理顶板。
八煤层受五灰、奥灰水威胁严重，若对该煤层进行开采，必须对五灰及奥灰水进行综合治理，同时必须对坚硬四灰顶板制定切实可行的强制放顶设计。
2 坚硬顶板综采面强制放顶设计2.1 爆破方案由于工作面顶板为坚硬的四灰，因此，工作面自切眼向前推进 1.2m～1.6m 后，可在切眼内的顶板上布置炮孔进行深孔爆破，使顶板由四面固支状态转化为三面固支，为顶板的初次垮落创造条件。
2.2 炮眼布置位置顺切眼方向，由工作面上顺槽至下顺槽，每隔1.5m布置一炮孔，炮孔在工作面推进方向上垂直顶板，沿切眼方向倾向于上顺槽，倾角70o。
2.3 工作面顺槽断顶爆破在工作面推采初期，由于工作面周围均为实体煤，顶板完整度高；或者工作面长度较短，由于实体煤侧顶板跨度小，不易断裂。
此种情况下，初采阶段顶板沿顺槽上方不易断裂，矿山压力显现不够充分，即使在工作面支架后方采用强制放炮切顶，也会造成顶板冒放困难。
此时可对综采工作面上下顺槽端头支架前方进行深孔预裂断顶，即在顺槽上方煤层顶板中人为形成自由面。
结合切眼断顶，这样难以冒放的坚硬顶板由四面固支状态转化为容易断裂的悬臂梁，促进煤层顶板提前垮断，提高了顶板的冒放性。
根据截断爆破原理，将工作面巷道顶板预裂爆破松动，以提高巷道顶板的冒放性，可沿上下顺槽内帮打一排平行炮孔，提前将顺槽顶板爆破松动，并将煤层顶板预先截断，随着工作面的推进促使顶板更容易的冒落。
俄霍布拉克煤矿1煤工作面坚硬顶板处理方法
目前处理顶 板 的方 法 主要 有三种 ：高 压注水 弱化顶 板 ；滞后 爆破处 理顶板 和超前 预爆 破处理
பைடு நூலகம்
顶板 。 超前 预爆 破处 理顶板 ， 即超前 工作 面一定距 离， 向煤 层顶板 岩体 内布置炮孔 ， 超前 工作 面进行 预爆破 ， 在顶板 岩体 中造 成人工 爆破裂 隙带 ， 同时 扰 动 和削 弱原 生弱 面 （ 节理 、 隙等 ） 间及 原岩 裂 之
取 ｑ ０４ｋ／ ＝． ｇ 。 ｍ
１ 问题 的提 出
俄 霍布拉 克煤矿 是徐矿集 团西 部大开 发最 为
每米炮孔 装药量 ｐ ：
Ｑ ＝ｑ Ｔ ｍ ｘｒ Ｒ
成功 的项 目， 目前新 疆最 大的井 工矿 。 于库 车 是 位 县城 北 １０ｋ 有 １ ｍ矿 区公路 与 ２７国道 相 １ ｍ， ６ｋ １
采 用 电雷 管起爆 导爆索 ，导爆 索起 爆炸药 的 起 爆方式 。每个 炮孔 均设置 有 主 、 副两 根导爆 索 ， 同一 炮孔 雷管段 发必须 一致 。选用 毫秒延 期 电雷
对 各种 物理性质 的岩石 顶板 的控 制 ；而相对 于滞
后爆破处理顶板方法 ， 它不需考虑老塘气体问题 ， 不 需考虑 爆破炮 孔最小抵 抗线 的限制 。
２２１ 炮孔 直径及 装药 直径选择 ．．
超前工作面 １０ Ｏ ０ ， Ｕ布置。正常后 ，应保持不低于
５ ０ ｍ
单位炸药消耗量 ｑ ：根据工作面顶板岩石物
２１ ０ ０年第 ６期
王韶辉
俄 霍布 拉克煤 矿 １ 煤工 作 面坚硬 顶板 处理 方法
１ ０ ０１ ｌＨ 超 前距 离 ） ０ ０（
２ ２
ｄ ｉ０３６ ／ｉ ｎ１７ — ９ ３２ １ ． ．０ ｏ： ．９ ９ｊｓ ．６ ２ ９ ４ ０ ００ ０ ９ １ ．ｓ ６
坚硬难垮落顶板处理方式浅析
硬难 冒顶 板 的矿 压 特 征 。例 如 ， 同矿 区的 ２号煤 大 层顶 板 的厚层砾 岩 顶 板 ， 石 的单 轴 抗 压 强 度 一般 岩
为 ３ ５ ａ 比其 它层 位 的砂岩 顶板 强度 还 低一 ０～ ０ ＭＰ ，
收 稿 日期 ： １ － — ２ ２０ １ ０ ６ ９
系数 高 。大面积 的悬顶 一 次 性 断裂 垮 落 时 ， 生 瞬 产
１ 坚硬难垮落顶板岩层力学性质
坚硬 难垮 落顶 板 的基 本力 学特 性是 由多 种 因素 综合 形成 的 。它包 括 ： 石 的抗压 强度 高 、 性模量 岩 弹 大； 顶板 岩层 整体性 强 ， 理 、 节 层理 、 隙及断 裂构造 裂
坚硬难 垮落 顶板 在 煤 层采 出后 ， 当悬 露 面 积 较 大时 ， 突然垮 落 。２ 才 Ｏ世纪 ８ ０年 代 以前 ， 国 内一 在 些顶 板坚硬 的矿 区 ， 都采用 刀柱 采煤法 管 理顶板 。 大 即每 回采一 定 的距 离后 ， 在采 空 区 内 留一 定 面 积 的
礼堂 ” 大 面 积 悬 顶 常 形 成 强 烈 的 采 场 来 压 。而 有 ， 些 强度较 高 的顶板岩 石 ， 如部分 石灰岩 ， 果节 理 如
一
高 、 理裂 隙 不 发 育 、 度 大 、 体 性 强 、 节 厚 整 自承 能 力 强 ， 层开 采后 大面 积 悬露 而在 采 空 区 短期 内不 垮 煤
很强 ， 节理 裂 隙不发 育而且 分层 厚度 大 ， 而表 现 出坚
２ 甚 至 更 大 。垮 落 岩 石 的块 度 大 ， 的块 度 可 ５ｍ， 有 达十几 立方 米 ， 至几 十 立 方米 。坚硬 难 垮 落 顶 板 甚
工作 面初次 来压 的第 三 个 特 点 是来 压 强 度 大 ， 载 动
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用摘要：我国国土辽阔，有着丰富的能源储量，但能源分布呈现的整体趋势为多煤贫油少气，其中化石能源（煤炭资源）在我国能源主体中占据极其重要的地位。
我国煤炭资源虽然储量丰富，但整体赋存条件复杂，约有四成的煤层存在坚硬顶板问题。
坚硬顶板是指巷道顶板由坚硬岩性岩层组成，在矿井正常开采过程中，由于坚硬顶板的存在，使得巷道变形严重，同时对留煤柱开采的矿山，由于坚硬顶板的存在，造成留设煤柱宽度大幅度增加，严重浪费煤炭资源。
目前我国最常用的治理方法为切顶卸压，切顶的方法可分为爆破切顶、聚能切顶和水力压裂切顶三种。
此前众多的学者对爆破切顶及聚能切顶作过研究，对水力压裂切顶方案研究较少，因此本文对水力压裂进行研究。
关键词：坚硬顶板；水力压裂；卸压技术；应用；引言随着矿井的开采年限不断增加，覆存较为简单的煤层逐步减小，煤矿资源开采的重点逐步向着覆存条件较为复杂的煤层转化。
坚硬顶板是矿井开采目前面临的重要难题，我国约一半左右的煤层存在坚硬顶板问题，由于顶板岩性较为坚硬，使得采空区顶板极难垮落，并形成大面积的悬顶，大面积的悬顶一旦发生垮落极易造成层工作面冲击地压，同时为了保证巷道的稳定性，在留煤柱开采的巷道，大面积的悬顶使得煤柱留设宽度大幅增加，造成严重的资源浪费，在无煤柱开采的矿井，大面积的悬顶同样需要投入较大的资金来维护巷道的稳定性，所以对坚硬顶板的治理成为了一个热门的课题。
1水力压裂切顶机理水力压裂切顶卸压是指通过布置钻孔垂深为煤层到老顶岩层的距离、一定间距的钻孔切槽，在采空区侧上覆岩层预制切缝，钻孔注入高压水，采取“定点分层压裂”工艺，受高压水作用产生裂隙并控制裂纹在岩层中的扩展方向，在顶板形成一个“准破裂面”，同时破坏上覆岩层岩石的强度和完整性。
工作面回采时，采场发生周期来压，采空区顶板发生垮落，上覆岩层沿着预制的“准破裂面”断裂，即上覆岩层沿着切缝方向切断垮落岩层与回采巷道上方顶板的连接关系，减小回采巷道上覆岩层在采空区形成的悬顶距，从而减轻回采时超前支承压力对回采巷道的影响，降低回采巷道维护难度。
浅议坚硬顶板的管理
浅议坚硬顶板的管理【摘要】坚硬难冒落顶板管理起来比较困难。
本文以某矿在工程实践中的经验为例，对坚硬顶板的管理进行了探讨，对于坚硬顶板的管理具有一定的参考意义。
【关键词】顶板管理；坚硬顶板；人工强制放顶0 前言煤矿属于高危行业，在回采工作面推进过程中，经常有突然涌水、火灾、瓦斯、煤尘爆炸和大面积冒顶等灾害的侵扰。
其中，顶板事故则是影响工作面生产的一大隐患。
在我国煤矿回采工作面的各类事故中，顶板事故约占全部事故的50%以上；而顶板事故中发生在坚硬、难放顶板的顶板事故又占全部顶板事故的40%以上；而且最坚硬、难放顶板冒落时，经常发生压垮、推垮工作面的重大生产事故，故坚硬、难放顶板管理历来作为回采工作面顶板管理重点。
某煤矿在坚硬、难放顶板的管理方面，摸索出一条可行的途径，取得了较好的效果，实现了安全放顶，现仅以该煤矿59#煤层为例进行分析。
1 工作面概况该矿59#煤层厚1.3～1.8m，平均1.45m，煤层顶板直接顶为厚17～27m的灰白色粗砂岩，f=6～8，抗压强度为240～340kg/cm2，块状结构，整体性好，初次来压步距大，周期来压明显。
经过顶板分类测定为二级老顶（老顶来压明显）直接顶来压为三类（稳定顶板）。
底板灰色粉砂岩，中硬，厚4.3m，底板平整。
2 直接顶能够充分垮落的顶板的管理此类顶板在开采过程中顶板自行垮落，并垮落得较充分；此类工作面可不进行人工放顶，要注意在初放期间的垮、漏顶事故。
对此类顶板采取以下措施：（1）提高支柱的初撑力，泵站压力必须达到18MPa以上，顶梁必须铰接。
（2）从泵站到注液枪的液压系统要合理，液压系统保证不漏液。
（3）工作面初次放顶采用配备加强柱放顶，在工作面软帮最后两排柱间加打戗柱，同时配合木垛放顶。
戗柱倾向间距：0.8～1.6m木垛间（中—中）8～10m。
3 工作面顶板强制放顶由于采煤工作面整体坚硬，厚顶板难以自行垮落（砂岩、砾岩的其分层厚度通常大于5m）时，它们要悬露几万甚至十几万平方米。
综放工作面坚硬顶板处理技术应用
术是一种行之有效、经济合理的坚硬顶板处理新途径。
关键词: 坚硬顶板; 深孔预裂爆破; 定向水力压裂; 顶板处理
中图分类号: TD327． 236
文献标志码: B
文章编号: 1003 － 0506( 2012) 07 － 0063 － 02
王台铺煤矿井田范围内 15# 煤层位于太原组底 部，煤层整体赋存比较稳定，埋深 133 ～ 230 m，煤厚 0. 80 ～ 5. 27 m。直接顶为 K2 石灰岩，厚 7. 42 ～ 10. 99 m，平均厚 9. 32 m，致密坚硬，节理裂隙较发育，在井 田内该 岩 层 特 别 稳 定，单 向 抗 压 强 度 平 均 127. 57 MPa，单向抗拉强度平 均 7. 56 MPa; 抗 剪 强 度 平 均 16. 11 MPa，属于典型的坚硬难垮落顶板。开采过程 中，顶板大面积来压时对支架有冲击，且初次来压和 周期来压步距较大，矿压显现十分明显，需对该坚硬 顶板进行预处理才能保证综放工作面的安全回采。 坚硬顶板的处理方法有超前深孔预裂爆破弱化顶板 法、定向水力压裂法、注水软化顶板法、强力支护切顶 法等，根据该矿的实际条件，先后采用了深孔预裂爆 破法和定向水力压裂法对顶板进行处理［1-2］。
2012 年第 7 期
中州煤炭
总第 199 期
综放工作面坚硬顶板处理技术应用分析
李林
( 山西省长平公司 王台铺煤矿，山西 晋城 048006)
摘要: 针对王台铺煤矿坚硬顶板难垮落的状况，先后采用超前深孔预裂爆破法和定向水力压裂法对综采工作
面坚硬顶板进行处理。对 2 种方法的原理、工艺、处理效果及优缺点进行了对比分析，证明定向水力压裂技
收稿日期: 2012 － 03 － 16 作者简介: 李 林( 1975—) ，男，山西天镇人，工程师，1998 年毕业 于阳泉煤炭专科学校，现从事煤矿生产管理工作。
坚硬顶板强制放顶方法及步距研究
2018 年第 8 期
G1= (0.55 ~ 0.725) mH
3.2 中部拉槽控制放顶 中部拉槽放顶是当工作面推进到拉槽后极限垮
落步距的 1/2 时，开始打眼爆破拉槽，减小岩梁中 部抗弯截面模量，从而起到了缩短垮落步距的目的。 中部拉槽岩梁力学模型如图 2 所示。
图 1 循环浅孔拉槽岩梁力学模型
( 顶板未达到极限垮落步距时 )
2 坚硬顶板采场顶板结构分析
2.1 坚硬顶板矿山压力显现特征 坚硬顶板的主要特性是采空区顶板不能随着
工 作 面 的 推 进 及 时 垮 落。 根 据 现 有 垮 落 统 计 规 律 总 结 发 现， 坚 硬 顶 板 采 空 区 第 一 次 发 生 垮 落 的 面
积一般超过 3000m2，随后周期垮落面积一般超过 1500m2。对于长壁式开采的煤矿，当初次来压步距 超过 30m 时，采空区坚硬悬顶会趋向于正方形形状， 随着工作面的不断推进，顶板受采动影响下发生垮 落的几率将逐渐增高。当初次来压步距与工作面的 走向长度相等时，即工作面初次见方时，往往也是 回采过程中采空区坚硬顶板活动最剧烈的时候。 2.2 坚硬顶板来压具有明显的时间差和步距差
172018年第8期坚硬顶板强制放顶方法及步距研究李永宾山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司山西高平048403摘要针对15101首采工作面顶板为坚硬顶板情况优先采用端部拉槽控顶法并结合理论数值计算得出15101工作面基本顶悬顶长度不应超过93m超过93m时必须采取强制放顶处理措施方可保证回采工作面支架的安全可靠
− +
HL ) + γ1h1 + ⋅⋅⋅ + γ nhn
E1h13 + ⋅⋅⋅ + Enhn3
/
( qn) 0ຫໍສະໝຸດ 式中：L0- 拉槽后顶板垮落步距，m； α- 坚硬岩梁本身及上覆岩层传递荷载改变系数；
对坚硬顶板弱化处理防止瓦斯骤然涌出论文
对坚硬顶板弱化处理防止瓦斯骤然涌出的探讨【摘要】本文以某煤矿综采工作面中的坚硬顶板为研究对象，着重从坚硬顶板垮落下采空区瓦斯涌出现象分析、综采工作面坚硬顶板弱化处理措施分析以及坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的意义分析这三个方面入手，围绕坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的应用问题进行了较为详细的分析与阐述，并据此论证了针对综采工作面中的坚硬顶板进行弱化处理在防止采空区瓦斯骤然涌出，确保整个煤矿矿井综采工作面安全且高效运行的过程中所起到的至关重要的作用与意义。
【关键词】综采工作面；弱化处理；瓦斯从理论上来说，坚硬顶板是指附着于煤层上方或是存在于厚度较小直接顶上方位置的高强度顶板。
这种顶板之所以被研究人员定性为“坚硬”顶板，其关键在于此类顶板具有包括厚度大、强度高、节理裂隙发育低一级整体性强在内的多方面特性。
更为关键的在于：此类顶板在煤层开采作业之下仍然能够以大面积悬露状态存在于综采工作面采空区当中，且在相当长的一段时间内出现自然垮落的可能性极小。
当压力值超过顶板岩层极限强度时，顶板会开始呈现垮落，进而导致采空区瓦斯流场受到一定的影响与干扰。
此种干扰突出表现在冲击气流之上，并最终导致整个煤矿矿井井下综采工作面瓦斯骤然涌出问题严重，作业安全性无法得到可靠保障。
基于此，出于综采工作面安全且高效运行因素的考虑，相关工作人员必须针对坚硬顶板在工作面退井下的垮落问题进行有效整改与优化。
本文对此作出详细分析与说明。
一、坚硬顶板垮落下采空区瓦斯涌出现象分析对于综采工作面而言，坚硬顶板在初次垮落的过程当中会以整体形势进行运动，这种运动着重表现在：坚硬顶板首先是在邻近上位岩层离层边界位置中出现拉裂细纹，其端部所售弯矩作用力在此种状态作用之下呈现出一定的降低趋势，这部分降低的弯矩作用力会直接转移至岩层中部位置。
而大量的实践研究结果向我们证实了一个方面的问题：在端部裂纹扩展趋势不断加剧的作用之下，端部弯矩作用力同中部弯矩作用力会保持一定的可转化关系。
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。
坚硬顶板综放面切顶卸压技术的研究与应用
2541 前言坚硬顶板是我国煤矿生产过程中面临的重要问题，其难垮难落极易造成工作面形成悬顶，当悬顶的尺寸足够大时发生垮落，造成冲击地压，而对于留煤柱的矿山，大面积的悬顶使得煤柱尺寸增大，造成资源的流失，对于无煤柱开采的巷道，大面积的悬顶造成巷道变形严重，增加巷道维护成本，所以对坚硬顶板进行及时垮落卸压是十分必要的，此前众多学者对坚硬顶板的治理进行过研究[1]，本文利用理论分析及数值模拟相结合的研究方法，对不同切顶高度及不同切顶角下切顶卸压效果进行分析，给出最佳的切顶参数选择，为矿山切顶卸压提供一定的参考。
2 理论分析切顶高度是指定向压裂切缝距离煤层与岩层的分界面距离，合理的切顶高度对于切顶卸压十分重要，它可以使的一定范围内垮落的矸石及时充填采空区，对覆岩的变形起到一定的支护作用。
直接顶的垮落随着支架的前移而逐步发生，垮落后的矸石无规律性散落，而跨落后的矸石的充填程度受到垮落顶板厚度及岩石的碎胀系数等的制约，当直接顶厚度为h时，垮落高度为Kh，直接顶与老顶的高度可以表示为：Kh H -+=∆c h（1）公式中：Δ表示为直接顶与老顶相距高度，m；h为直接顶的厚度，m；H c 为煤层的高度，m；K为岩石的碎胀系数。
合理的切顶高度可以使得垮落岩石有效的支撑覆岩，采空区被垮落矸石完全充填，可以得到预裂切顶高度为:121f -∆-∆-=K H H H H C （2）式中：H f 为预裂切缝高度，m；ΔH 1和ΔH 2分别表示顶板的下沉量及底鼓量，m；K 为碎胀系数。
根据实际地质情况可知矸石的碎胀系数为 1.4，且不考虑底鼓及底板下沉情况可得出切缝高度为8m，同时对切顶角度进行研究，切顶角度是指切缝与顶板垂向的夹角，合理的切顶角度可以减小岩块间的摩擦，使得卸压效果更加明显，根据对切顶角度的研究得出切顶角度小于20°时，切顶效果较好[2]。
3 数值模拟为了对不同切顶高度及切顶角度下巷道围岩的应力分布进行研究，利用FLAC3D数值模拟软件进行建模分析，首先进行模型的建立，根据实际地质情况建立长宽高分别为280m、180m和120m。
坚硬顶板强制放顶技术的探索
（） ２ 配伍性好 ， 抗污染 能力强 。 可循环微泡钻井液可 以使用就近水源配制 。钻遇
地层水 ， 膨润 土 浆混 入 的情 况 下 ， 井液 体 系性 能稳 钻
定， 且易于调整到希望性能 。 （） ３ 携岩能力强 ， 提高机械钻速。
可循环微泡钻井液动塑 比高 ， 有利于携带岩 屑 ， 避 免 了重复破碎 。钻 井液 抑制 能力 强 ， 有效 避免 粘土分
２ ０
东 科技 媳晨
２ １ 第３ ０年 期 １
坚硬 顶板 强制 放 顶技 术 的探 索
王 维Байду номын сангаас
（禹州锦 安煤 业有 限公 司， 河南 禹州 ４ １７ ） ６ ６ ０ 摘 要 为 了解决云盖 山煤矿一矿二 煤层沿顶板 回采 时， 顶板大面积不垮落 ， 形成重 大隐患， 给呆面 的安全 生产造成严 重威胁 的问题 ， 结合
河南永锦能 源有 限公 司云盖 山煤矿 一矿 井 田内
可 采和局 部可采 煤层有二 ．四 六”七 四层煤 ， 井 、 、 矿
定性变差 ， 属典型“ 两软一硬 ” 煤层 。矿 井属低瓦 斯矿 井， 矿井 目前井下无冲击地压现象 。
１ ２ ３ ３采 煤工作 面概 况 １０
１ １ 工 作 面 概 况 ．
井 段
（ ｍ）
钻井液类型
坂土浆 清 水
密 度
（／ｍ ） （） （ ） ｇｅ 。 ８ ％
粘 度 含砂量 Ｄ Ｈ值 ８ ７
７
二 开 ６ ３ ５
．
开 Ｏｏ ｌ６５ ．ｏ～ ３．Ｏ １６５ ６３３ ３．０— ５ ．３
１０ １１ １ ２ Ｏ３ ．９一 ．Ｏ ２ — ２ ． １０ １０ ７一 ９ ０２ ．２一 ．４ ｌ ｌ ．
对坚硬顶板弱化处理防止瓦斯骤然涌出的探讨
从切 眼爆破炮眼布置的角度 上来会说 ， 不断加剧的作用之下 ， 端部弯 矩作用力同中部弯矩作用 力会保 板弱化处理分析。首先 ， 综采 工作面相关装 置设 备在 布置之 前需要在切 眼位置做 打眼 持一定的可转化关系 。与此 同时， 当端部裂纹拓展深度超过 一 其次， 从切眼爆破 定限制之后 ， 中部拉 应力会达到极限承受状态并形成相应 的拉 处理 。炮组 与炮眼需要保持一定的对应关系 ； 时间布置 的角度上来会 说， 在确保切眼掘进环节顺 利完成且支 裂断缝 。此种 裂缝势必会直接导致采空区瓦斯 的骤然涌出。特 在综 别值得注意的一点在于 ： 受到综采工作面在推进过程 当中并未 架未进行安装 的间隔时间当中进行打 眼作业。与此 同时 ， 采工作面推进 ３ ～４刀 （－ ｑ 作面推进距 离在 １８ ． ｍ范围之 ． ～２４ 针对坚硬顶板采取弱化措施 的因素影 响， 坚硬顶板所发 生的瞬 的状态下对打眼进行装药与爆破处理 ； 最后 ， 从切 眼炮眼爆 时性垮 落势必会导致 中部支架瞬 时承受压力过 限， 进而发 生损 内） 破 布 置 的角 度 上 来 说 ， 及 到 切 眼 炮 眼爆 破 的 联线 应 当 遵 循 并 涉 害 。与此同时， 强烈 风暴的形成加重采空区解析瓦斯 出现 骤然
企 业 导报 ２１ 年第 １ 期 ２ １ ０２ ３ ７
技术市场
浅谈 隧道施 工 的影 响 因素 及监 理控制 要 点
韩 丽 贺韶华
（ ．河南省公路 工程局 集团有 限公 司， １ 河南 郑州 ４ ０ ５ ； ．河南省宏力工程 咨询有限公司， 南 郑州 ４ ０ ５ ） ５０２２ 河 ５ ０ ２
【 关键 词】 综采工作面； 弱化处理； 瓦斯
从理论上来 说， 坚硬顶板 是指 附着 于煤层上 方或是存在 于
采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及策略
采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及策略摘要：为了在厚煤层坚硬顶板条件下安全进行回采,顶板的安全管理是重要保障。
坚硬厚顶板一般是指在薄层的直接顶上面或煤层上方直接赋存厚层坚硬的砾岩、砂岩或石灰岩（分层厚度一般大于5m），其一般具有完整度高、结构致密、裂隙不发育等特点，极易出现大面积垮落现象，不仅会诱发顶板灾害，而且还会对矿井安全生产带来不利影响。
在采煤工作面具体施工过程中，坚硬厚顶板一般会采用强制放顶技术，如预裂爆破放顶技术、定向水力压裂放顶技术，将会对其进行全面、系统的分析和研究，以期为后续采煤工作面的施工奠定良好的基础。
关键词：采煤工作面；坚硬厚顶板；强制放顶技术；策略本文主要分析了采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶原理及技术，重点介绍了提高采煤工作面坚硬厚顶板放顶效果的策略，它不仅能够确保采煤工作面坚硬厚顶板放顶工作的安全、高效进行，而且还可以提高后续煤矿开采工作的顺利进行。
通过对坚硬厚顶板放顶技术及策略进行研究，以期为煤矿的安全生产提供可靠保障，并实现经济与社会效益的最大化。
1工作面顶板强制放顶技术通常情况下，在采煤工作面坚硬厚顶板整体垮落时，往往会悬露几万到十几万m2，如果大面积的顶板一旦在极短时间内出现冒落现象，将会产生比较严重的冲击破坏力，甚至还有可能瞬时挤出已采空间的空气，形成巨大的暴风，产生更大的破坏力。
对于采煤工作面坚硬厚顶板断裂而言，其一般存在如下现象：（1）煤帮出现明显片帮与受压现象；（2）顶板断裂音响和声响的频率增大；（3）底板出现底鼓现象，或者顺煤柱附近的底板出现了裂缝；（4）顶板下沉速度和工作面中支柱载荷明显增大；（5）上下平巷出现了明显的超前压力；（6）有时采空区顶板会出现明显的淋水或裂缝加大现象。
在采煤工作面坚硬厚顶板强制放顶过程中，还需要借助地音仪、微震仪和超声波地层应力仪来给予准确预测，在对历次冒顶预兆特点给予综合分析的基础上，结合仪器预测结果，对大面积冒顶做出科学、准确的预报，以免诱发不必要的灾害，确保采煤工作面施工的顺利进行。
采空区坚硬顶板破断机理与灾变塌陷探讨
摘要:采空区如果顶板发生破裂，就会引起灾变塌陷，危害作业人员的人身安全。
因此，加大对于采空区坚硬顶板破断机理的研究，分析其与灾变塌陷之间的关系，对采空区安全可靠作业有着至关重要的影响。
本文依靠构建采空区矿柱支撑顶板弹性基础板力学模型，着重分析受力点、破断机理、灾变塌陷之间的关系，以供广大同行参考与研究。
关键词:采空区坚硬顶板破断机理灾变塌陷0引言一般来说，矿柱与顶板的结构与质量决定了采空区顶板整体结构的稳定性。
不同的岩层对于采空区顶板稳定性的影响也存在较大的差异性，例如，厚度较大但却较为软弱的岩层一般只会对采空区顶板产生压力，对采空区顶板稳定性起到负面的影响；厚度较大并且质地坚硬的岩层，不易因为岩体运动发生变形，对采空区顶板起到加固、分担负荷的作用，加强采空区顶板的稳定性。
1力学模型采空区的采煤方法一般分为两种，一种是房柱式，另一种是条带式。
两种采煤方法均会在采空区内遗留大量的煤柱作为支撑，保证采空区的顶板稳定性。
如果顶板上层压力过大，超过了顶板与煤柱支撑的极限负荷，那么顶板上层岩块就会滑落，形成灾变塌陷事故，严重威胁了施工作业人员人身安全。
因此，根据采空区坚硬顶板破断机理进行深入的力学研究，对于保证施工作业人员人身安全、提高煤矿企业经济效益有着重要影响。
从剖面上来看，采空区的岩体层次主要分为地表、覆盖层、坚硬顶板与煤柱煤帮，具体如图1所示。
我们可以把采空区顶板岩体看做一种矩形平板，这种矩形平板富有弹性并且边界已经被固定。
基于此矩形平板，建立一个坐标系，将矩形平板的长度设为2a，宽度设为2b，平板的厚度为h，顶板岩体的弹性系数为E，泊松比为v，体密度为ρ，抗拉极限强度为[σ8]，假设上层岩土介质对顶板的压力为q 0，具体如图2所示。
图1采空区垂直剖面图图2矩形平板坐标系与弹性模型假设采空区尺寸超过顶板关键层厚度5倍以上，那么可以将顶板看做薄板进行计算，而且坚硬顶板在蒲端之前，已经发生了一定程度的结构变形，可以将坚硬顶板的负荷看作恒定负载。
坚硬顶板控制技术研究
技术应用JISHU YINGYONG《华北国土资源》年第期53坚硬顶板控制技术研究（山西省煤炭规划设计院，山西太原030045）摘要：针对某矿区煤层灰岩顶板厚度大、致密坚硬的特点，提出了采用切眼放顶和顺槽预爆破拉槽的顶板控制措施，确定了放顶高度，并给出了具体的放顶、拉槽方案以及爆破工艺，对坚硬顶板控制具有一定的借鉴意义。
关键词：坚硬顶板；控制；爆破；放顶中图分类号：TD823.85文献标识码：A文章编号：1672-7487（2010）04-0053-02王新香某矿区石灰岩顶板强度大、赋存不稳定，顶板致密坚硬不易冒落，极易造成顶板大面积悬顶，威胁工作面的安全生产，急需采取有效措施控制顶板，防治大面积顶板事故的发生。
根据现场经验结合顶板特点建议采用人工爆破放顶的方法解决大面积悬顶问题，具体分为切眼放顶和顺槽预爆破拉槽放顶法，具体控制方案如下：1放顶高度确定为保证放顶后冒落矸石能够充分填充采空区，避免悬顶产生，放顶都冒落矸石厚度应该等于放顶高度加煤层厚度，因此最小放顶高度H 可根据直接顶厚度计算公式得出：2切眼放顶方案针对工作面开采初期，灰岩顶板不易跨落，易造成大面积悬顶的情况，需对切眼进行爆破处理，具体方案如下：在切眼掘好后，支架没有安装前进行打孔，在工作面推进3～4m 后进行装药和爆破。
爆破联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行。
放炮使用BF —200型起爆器，炮孔起爆顺序是从切眼的中部向两端，每次起爆3个炮孔。
为了防止炮孔爆破时破坏相邻的炮孔，导致相邻炮孔不能顺利装药，因此，在爆破孔与空孔间要间隔一个装药炮孔，如图1所示。
图1炮孔起爆顺序图3顺槽放顶方案3.1顺槽炮眼布置在工作面正常推进后，由于采空区顶板跨落，爆破作业只能在顺槽内进行，因此人工放顶易在顺槽内进行，顺槽炮眼布置如图2所示：在上下两顺槽分别布置拉槽松动爆破孔，第一组炮孔孔口距工作面40m ，以后每组间距25m 。
图2炮眼与顺槽及工作面关系3.2顺槽爆破方式顺槽放炮采用分组起爆方式，所以联线采用并联方式，起爆时要求孔底距工作面距离大于40m(第一组应于工作面开采前收稿日期：5作者简介：王新香(6)，男，山西大同人，年毕业于山西矿院采矿工程系，从事煤炭设计工作1PK M H将要装药的炮孔（空孔）炮孔装药与起爆次序炮孔装药与起爆次序装了药在爆破的炮孔（爆破孔）装了药将要爆破的炮孔（装药孔）工作面A A A A E E EE F F F F G G G G H H H H B B B B C C C C D D D D20104--2010-0-24197-1992技术应用JISHU YINGYONG《华北国土资源》年第期5起爆)。
爆破弱化综采工作面坚硬顶板技术实践研究
回” 通风方 式 ， 巷 道 采用 “ 锚 杆 ～ 金 属 网一 锚 索 一 钢 带 ” 联 合支护 ， 在 回采 过 程 中 顶 板 存 在 大 面 积 来 压 现 象 ， 具 体 表
现 为初 次 来 压 和周 期 来 压 步距 较 大 ， 矿 压 显 现剧 烈 。
２ 顶 板 弱 化 方 式 选 择
Ｐｒ ａｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｂｌ ａ ｓ ｔ Ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｈａ ｒ ｄ Ｒｏ ｏ ｆ ａ ｔ Ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ａ ｃ ｅ
Ｌｉ ｕ Ｈｏ ｎ ｇ ｔ ａ ｉ
效地降低 １ ３ ０ １ 工 作 面坚 硬 顶 板 强 度 ， 实 践 证 明 取 得 了较 好 效 果 。
关键词 ： 爆破弱化 ； 坚硬顶板工作面 ； 实 践研 究
中图 分 类 号 ：
文献标识码 ：
文章编号 ： １ ０ ０ ６ —２ ５ ７ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ 一Ｏ １ ２ Ｏ ～Ｏ ２
我国煤层赋存条件相对复杂 ， 其 中坚硬 顶板煤层 约 占 总储量的 １ ／ ３ ， 且 有 一 半 的 矿 区 均 存 在 坚 硬 顶 板 煤 层 。 坚 硬 顶 板 采 场 与 普 通 采 场 相 比矿 压 显 现 的 特 点 是 周 期 性 来压更加强烈 ， 在 坚 硬 顶 板 煤 层 开 采 过 程 中 在 液 压 支 架 后 方 容 易形 成 大 面 积悬 顶 ， 若 不采 取 有 效 措 施 在 垮 落 时 会 形 成 冲击 波 和 风 暴 ， 给 工 作 面 的 安 全 回 采 带 来 极 大 的 隐 患艟 。 因此 ， 采 用 合 理 的 方 法 对 坚 硬 顶 板 进 行 处 理 是 保
坚硬顶板工作面水力压裂切顶卸压技术研究
2851 前言坚硬顶板一直困扰着我国煤炭的开采，据统计在我国共有40%的煤层存在坚硬顶板问题[1]，坚硬顶板的存在使得工作面存在大面积的悬顶，悬顶一旦发生垮落会造成工作面产生冲击地压，严重威胁着矿山的安全生产，目前针对坚硬顶板的治理主要是通过水力压裂卸压和聚能爆破卸压，水力压裂技术是一种利用高压水对岩石进行弱化的技术，目前对水力压裂卸压的研究不少，王飞飞[2]为了解决巷道顶板难垮难落的问题，通过数值模拟对岩石的水力压裂裂缝形态及起裂压力进行研究，发现随着应力差的增大，岩石的起裂压力降低，裂缝起裂后沿着最大主应力方向发生扩展。
张铁刚[3]同样为了解决坚硬顶板问题，通过现场实践对水力压裂的可行性进行研究发现，经过水力压裂卸压后，巷道顶板垮落步距明显减小，顶板得到有效的控制。
王学敏[4]采用理论分析结合数值模拟软件对不同预制角下裂缝的偏转角和裂缝扩展宽度进行分析，发现随着预制裂缝角的增大，裂缝偏转角及宽度都呈现增大的趋势。
本文为了解决坚硬顶板难垮难落的问题，以镇城底矿为研究背景，通过数值模拟软件对卸压前后巷道顶板强度进行研究，为解决坚硬顶板问题提供一定的借鉴。
2 水力压裂理论分析及模型建立当利用水力压裂进行岩石弱化时，由于岩石种类的不同，其软化成果也不同，岩石的结合水能力较强时，此时岩层经过浸水后岩石的强度将会降低。
使用水力压裂技术对坚硬顶板进行软化时，一方面注水后岩石的物理性质发生变化，另一方面利用水压将岩层进行分割，对坚硬顶板进行弱化。
岩石内部的裂隙发育及孔隙情况在一定程度上决定着压裂效果，岩石的水力压裂裂缝形态可分为张开型、滑移型和撕裂性，其中张开型裂缝是由于岩石受到垂直拉应力的作用，在岩石内部表面形成垂直于裂缝面的裂缝。
滑移型裂缝主要是由于垂直于裂缝面的剪应力作用产生的裂缝，在岩石内部裂缝上下表面由于受到剪切力的作用发生相对的滑动。
撕裂型裂缝主要是由于平行于裂缝面的剪切力作用形成的，在剪切力的作用下，裂缝的上下面发生相对的撕裂形成的裂缝。
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坚硬顶板处理方法探讨
【摘要】坚硬顶板难以自然垮落，如果不采取适当措施促使其垮落，则其初次垮落步距会很大，一旦垮落，则冒落面积很大，形成巨大的风暴，对工作面威胁极大，因此需要采取适当措施措施其垮落。
常见的处理方法有超前深孔预爆破松动煤体或预裂顶板、高压预注水弱化顶板和深孔爆破法强制放顶。
【关键词】坚硬顶板显现特征；处理方法
1 坚硬难垮顶板工作面的矿压显现特征
1.1 大面积垮落特征
坚硬难垮落顶板在煤层采出后，当悬露面积较大时，才突然垮落。
20 世纪80 年代前，我国的大同、北京、乌鲁木齐、枣庄等矿区大都采用刀柱采煤法管理顶板。
每回采一定距离后，在采空区内留设一定面积的煤柱支承顶板。
这种方法可基本保证工作面回采期间顶板不垮落。
但是，随着开采面积的不断扩大，所留煤柱应力逐渐增大，终被压酥破坏。
当采空面积达到一定范围时，常常发生大面积垮落，造成剧烈的动力现象。
1.2 坚硬难垮落顶板工作面的初次来压特征
工作面从切眼开始推进回采，当悬露较大面积后才突然破断垮落，工作面出现强烈的来压显现。
坚硬难垮落顶板工作面初次来压的另个特点是一次断裂、垮落的岩层厚度大；冒断厚度可达10～25m，甚至更大。
垮落岩石的块度大，有的块度可达十几立方米，甚至几十立方米。
坚硬难垮落顶板工作面初次来压的第三个特点是来压强度大，动载系数高；大面积的悬顶一次性断裂垮落时，产生瞬时冲击载荷，常损坏工作面的支护设备，甚至造成人员伤亡等恶性事故。
1.3 坚硬难垮落顶板的周期来压特征
坚硬难垮落顶板工作面初次来压后，随着工作面的推进，支架后方常形成较长的顶板悬臂，有时可达20～30 m，最大达到55m。
由于坚硬难垮落顶板的岩石破断角较小，直接顶垮落后形成的矸石垫层很薄，有时甚至根本没有垫层，致使未垮落悬顶与垮落的矸石堆没有任何力学联系，形成悬臂梁结构。
当悬臂达到一定极限长度时，才会断裂和垮落，使工作面造成强烈的周期来压显现。
坚硬难垮落顶板工作面的周期来压特点是：来压步距大、动载系数高；来压时常对支护设备造成动载破坏，甚至危及人身安全。
2 坚硬难垮顶板的处理方法
2.1 超前深孔预爆破松动煤体或预裂顶板
其顶板或煤体是在采煤工作面前方按相应间距向坚硬顶板或煤体内打钻孔实现预爆破松动，使坚硬岩层或煤体在某区域内破坏形成裂缝，实现降低顶板来压强度的目的。
其钻孔布置与注水孔类似。
爆后要利用孔口不变形的特点，把静压水接到孔口，减少粉尘。
超前松动方法适应性强，使用的专用设备数量较少，对于减缓大面积来压非常有效。
其缺点是大量炸药爆炸污染井下空气；松动爆破不易均匀，特别是松动顶板；在煤质松软和直接顶破碎时不适合使用；在高瓦斯矿井和煤层中应用，要有绝对安全的措施。
2.2 高压预注水弱化顶板
运用钻孔向顶板注压力水的办法，改变坚硬顶板的力学性质，使它成为能垮落的顶板。
压力水对顶板岩石一般有压裂与软化等作用，水对顶板的压裂作用主要包括使岩层增加裂隙、裂缝及使层理分离，以减少缝隙间粘结力等，岩石试件浸水的强度降低大小与试件是否有裂隙相关。
岩石均具有吸水软化特性，实验表明，粘土胶结的砂岩较碳酸盐胶结的砂岩强度降得多，平均降低率为43%和19%。
节理裂隙发育的岩石浸水软化效果比较明显。
浸水的时间愈长，强度也就愈低。
关于注水孔的布置有单侧和双侧，根据工作面长度和钻机的能力确定。
孔距与浸润半径相关，通常，孔距应选择浸润直径的3/4～2/3。
孔径根据封孔方法不同也不一样。
使用橡胶封孔器时为60～62mm，用砂浆封孔时为90～115mm。
钻孔的水平投影与巷道的水平夹角通常为65°～75°，能使工作面不断接近和进入注水影响区。
顶板注水高度与注水效果直接相关，离煤层过近或过远都不利。
注水还要离煤层5m以上，不然就可能导致顶板不易维护，注水区的上限通常为15m～25m，要与顶板活动规律适应。
注水量必然影响注水效果。
如果水量太小，顶板不能充分湿润与软化，水量太大可能使直接顶过于破碎，按照注水后要求的顶板垮落步距和钻孔间距计算注水量。
2.3 深孔爆破法强制放顶
根据钻孔的位置和方式分为三种：一是沿切顶线边缘向顶板钻孔；二是平巷内钻平行于工作面的深孔；三是地面钻孔爆破放顶。
（1）沿切顶线边缘向顶板钻孔
是坚硬顶板悬顶较大条件下采用的措施。
钻孔仰角为60°～65°，孔径有小孔φ40～45mm及大孔φ60～64mm两种。
钻孔通常使用岩石电钻。
放顶分循环放顶及来压前放顶。
循环放顶就是每一至两个循环放顶一次，每次放工作面的一段，全工作面分二至三段，孔深通常为二至三倍采高，切断采空区悬板（图1（a））。
来压前放顶，就是在来压前，沿工作面打两排孔径为60mm～64mm 的钻孔（图1 （b）），孔距6～8m，孔深为25～35 倍采高，通过连续两次爆破在顶板内形成一定宽度的沟槽，用它改变悬板边缘的支承条件，使顶板沿放顶线垮落，此拉槽式放顶可在开切眼或工作面两端头处使用。
（a）（b）
图1 工作面内深孔放顶
（2）平巷内钻平行于工作面的深孔
能减少与生产作业的相互干扰，也可利用注水孔爆破，利用采空区顶板表面作为自由面，提高爆破效果，而由于孔比较深，应有相应的钻孔设备。
在顶板为厚层砂岩时，可用TXU—75型油压钻机或回转钻机，钻孔直径按钻机能力和顶板岩性在60mm～90mm 间选择，孔距可为10m～12m，钻孔水平的夹角6°～12°，仰角14°～45°。
（3）地面钻孔爆破放顶
在井下无法进入的大量坚硬岩层悬顶或遗留煤柱区，距地表很浅，地面又有钻孔施工条件，应采用由地面钻孔爆破放顶。
先在地面用钻机打出108mm 的钻孔，为了提高爆破效果，通常要进行扩孔大药量爆破。
要采用封底爆破或把药包按药壶位置吊于钻孔中，从下到上逐段实施爆破。
扩孔后的钻孔下部直径为300～400mm，高度在20m。
3 结束语
由于煤矿与煤矿的不同地质条件、顶板弱化方案也会不同，应按工作面顶板的岩性、经济成本、方案安全性等确定顶板弱化的方法。
超前深孔松动爆破不影响工作面生产，且效果较明显，应用的较广些。
参考文献：
[1]高木福.坚硬顶板处理步距的数值模拟[J].辽宁工程技术大学学报，2006（5）.
[2]黄晋兵.王台矿井综采工作面处理坚硬顶板技术研究[J].煤炭科学技术，2008（9）.。