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【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，并据此论证了針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。与此同时，当端部裂纹拓展深度超过一定限制之后，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涌出，进而为整个综采工作面的安全运行埋下严重隐患。
二、综采工作面坚硬顶板弱化处理措施分析
图1 综采工作面巷道超前钻孔平面布置示意图
（1）综采工作面坚硬顶板弱化处理高度的确定分析。考虑到整个综采工作面的设计采高参数为1.98m，为确保冒落顶板恰好能够充分填充整个采空区作业区域，爆破状态下的放顶高度则应当依照如下方式进行计算：工作面设计采高参数/（工作面岩石破碎状态下的体积膨胀系数-1）。由于工作面岩石破碎状态下的体积膨胀系数为恒定值1.3，可确定爆破状态下的放顶高度应当确定为6.6m。处于采空区对冒落顶板填充充分因素的影响，可考虑将垂直高度确定为7.5m。（2）综采工作面切眼顶板弱化处理分析。首先，从切眼爆破炮眼布置的角度上来会说，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处理。炮组与炮眼需要保持一定的对应关系；其次，从切眼爆破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架未进行安装的间隔时间当中进行打眼作业。与此同时，在综采工作面推进3～4刀（工作面推进距离在1.8～2.4m范围之内）的状态下对打眼进行装药与爆破处理；最后，从切眼炮眼爆破布置的角度上来说，涉及到切眼炮眼爆破的联线应当遵循并联局部、串联总体的布置方式。推荐选用FD-200D/A型多功能起爆装置。特别值得注意的一点在于：切眼炮眼在爆破过程当中应当按照由中部至两端的顺序进行作业，每次起爆炮眼在3～4个。（3）综采工作面超前爆破处理分析。下图（见图1）为综采工作面巷道超前钻孔平面布置示意图。由图对炮眼布置进行分析：对于皮带巷以及轨道巷而言，现场施工作业人员应当操作步距放顶30m间隔标准对各组炮眼进行布置。对于以上炮眼的爆破处理而言，其联线方式同样应当遵循并联局部、串联总体的布置方式。炮孔内部做并联处理，各炮孔之间做串联处理。在多功能起爆装置作用之下由中部位置至两端位置，参照1～3个炮眼/单次起爆频率进行分组爆破。
三、坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的意义分析
（1）针对综采工作面进行的坚硬顶板弱化处理最大限度的控制了顶板在工作面持续推进状态下的大面积悬顶问题，从而也就避免了受到坚硬顶板瞬时垮落影响而产生飓风对采空区区内聚集瓦斯带出的可能性。（2）在综采工作面坚硬顶板弱化处理的一系列措施作用之下，整个工作面初次来压及周期来压的步距指标参数得到了有效控制。而这对于整个矿井井下综采工作面工作质量与工作效率的提升而言是极为关键的。（3）将本文所阐述有关坚硬顶板的弱化处理措施应用至综采工作面实际做当中能够使得坚硬顶板产生裂隙的时间得到了现出提前。在此基础之上，弱化处理作用下的坚硬顶板能够在工作面推进状态下得到及时且缓慢的垮落，从而尽可能的控制了工作面回采作业过程当中瓦斯骤然涌出可能性，改善效果显著。
总而言之，为确保坚硬顶板在工作面实时推进过程当中能够及时且精确的垮落，在此基础之上合理控制坚硬顶板在滑落过程当中对综采工作面的矿压显现及冲击作用影响，进而最大限度的避免坚硬顶板在垮落状态下所导致的瓦斯骤然涌出可能性，本文建议相关工作人员在超前深孔欲裂爆破方式支持下针对该矿井综采工作面中的坚硬顶板做弱化处理。实践研究结果表明：对坚硬顶板进行弱化处理能够有效缩短初次及周期来压的步距参数，进而确保综采工作面采空区中所聚集的瓦斯能够均匀用处，从而尽可能的杜绝工作面推进，坚硬顶板垮落状态下瓦斯的骤然涌出可能性，进而也就确保了整个煤矿矿井综采工作面运行的高效性与安全性。本文针对坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的应用这一中心问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参 考 文 献
[1]俞启香，王凯，杨胜强等．中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J]．中国矿业大学学报（自然科学版）．2000，29（1）：9～14
[2]王凯，俞启香，缪协兴等．综放采场J型通风系统治理高瓦斯涌出的研究[J]．中国矿业大学学报．2004，33（4）：365～369
[3]翁明月，徐金海，李冲等．综放工作面煤岩破坏及矿压显现与瓦斯涌出关系的实测研究[J]．煤炭学报．2011，36（10）：1709～1714
[4]刘海波，程远平，王海锋等．突出煤层卸压前后钻孔瓦斯涌出初速度的变化规律[J]．采矿与安全工程学报．2009，26（2）：225～228
[5]林柏泉，张建国，翟成等．近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律[J]．中国矿业大学学报．2008，37（1）：24～29
[6]朱红青，常文杰，张彬等．回采工作面瓦斯涌出BP神经网络分源预测模型及应用[J]．煤炭学报．2007，32（5）：504～508
【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。与此同时，当端部裂纹拓展深度超过一定限制之后，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涌出，进而为整个综采工作面的安全运行埋下严重隐患。
二、综采工作面坚硬顶板弱化处理措施分析
图1 综采工作面巷道超前钻孔平面布置示意图
（1）综采工作面坚硬顶板弱化处理高度的确定分析。考虑到整个综采工作面的设计采高参数为1.98m，为确保冒落顶板恰好能够充分填充整个采空区作业区域，爆破状态下的放顶高度则应当依照如下方式进行计算：工作面设计采高参数/（工作面岩石破碎状态下的体积膨胀系数-1）。由于工作面岩石破碎状态下的体积膨胀系数为恒定值1.3，可确定爆破状态下的放顶高度应当确定为6.6m。处于采空区对冒落顶板填充充分因素的影响，可考虑将垂直高度确定为7.5m。（2）综采工作面切眼顶板弱化处理分析。首先，从切眼爆破炮眼布置的角度上来会说，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处理。炮组与炮眼需要保持一定的对应关系；其次，从切眼爆破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架未进行安装的间隔时间当中进行打眼作业。与此同时，在综采工作面推进3～4刀（工作面推进距离在1.8～2.4m范围之内）的状态下对打眼进行装药与爆破处理；最后，从切眼炮眼爆破布置的角度上来说，涉及到切眼炮眼爆破的联线应当遵循并联局部、串联总体的布置方式。推荐选用FD-200D/A型多功能起爆装置。特别值得注意的一点在于：切眼炮眼在爆破过程当中应当按照由中部至两端的顺序进行作业，每次起爆炮眼在3～4个。（3）综采工作面超前爆破处理分析。下图（见图1）为综采工作面巷道超前钻孔平面布置示意图。由图对炮眼布置进行分析：对于皮带巷以及轨道巷而言，现场施工作业人员应当操作步距放顶30m间隔标准对各组炮眼进行布置。对于以上炮眼的爆破处理而言，其联线方式同样应当遵循并联局部、串联总体的布置方式。炮孔内部做并联处理，各炮孔之间做串联处理。在多功能起爆装置作用之下由中部位置至两端位置，参照1～3个炮眼/单次起爆频率进行分组爆破。
三、坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的意义分析
（1）针对综采工作面进行的坚硬顶板弱化处理最大限度的控制了顶板在工作面持续推进状态下的大面积悬顶问题，从而也就避免了受到坚硬顶板瞬时垮落影响而产生飓风对采空区区内聚集瓦斯带出的可能性。（2）在综采工作面坚硬顶板弱化处理的一系列措施作用之下，整个工作面初次来压及周期来压的步距指标参数得到了有效控制。而这对于整个矿井井下综采工作面工作质量与工作效率的提升而言是极为关键的。（3）将本文所阐述有关坚硬顶板的弱化处理措施应用至综采工作面实际做当中能够使得坚硬顶板产生裂隙的时间得到了现出提前。在此基础之上，弱化处理作用下的坚硬顶板能够在工作面推进状态下得到及时且缓慢的垮落，从而尽可能的控制了工作面回采作业过程当中瓦斯骤然涌出可能性，改善效果显著。
总而言之，为确保坚硬顶板在工作面实时推进过程当中能够及时且精确的垮落，在此基础之上合理控制坚硬顶板在滑落过程当中对综采工作面的矿压显现及冲击作用影响，进而最大限度的避免坚硬顶板在垮落状态下所导致的瓦斯骤然涌出可能性，本文建议相关工作人员在超前深孔欲裂爆破方式支持下针对该矿井综采工作面中的坚硬顶板做弱化处理。实践研究结果表明：对坚硬顶板进行弱化处理能够有效缩短初次及周期来压的步距参数，进而确保综采工作面采空区中所聚集的瓦斯能够均匀用处，从而尽可能的杜绝工作面推进，坚硬顶板垮落状态下瓦斯的骤然涌出可能性，进而也就确保了整个煤矿矿井综采工作面运行的高效性与安全性。本文针对坚硬顶板弱化处理在防止瓦斯骤然涌出中的应用这一中心问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参 考 文 献
[1]俞启香，王凯，杨胜强等．中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J]．中国矿业大学学报（自然科学版）．2000，29（1）：9～14
[2]王凯，俞启香，缪协兴等．综放采场J型通风系统治理高瓦斯涌出的研究[J]．中国矿业大学学报．2004，33（4）：365～369
[3]翁明月，徐金海，李冲等．综放工作面煤岩破坏及矿压显现与瓦斯涌出关系的实测研究[J]．煤炭学报．2011，36（10）：1709～1714
[4]刘海波，程远平，王海锋等．突出煤层卸压前后钻孔瓦斯涌出初速度的变化规律[J]．采矿与安全工程学报．2009，26（2）：225～228
[5]林柏泉，张建国，翟成等．近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律[J]．中国矿业大学学报．2008，37（1）：24～29
[6]朱红青，常文杰，张彬等．回采工作面瓦斯涌出BP神经网络分源预测模型及应用[J]．煤炭学报．2007，32（5）：504～508