急倾斜煤层在国内分布广，地质条件复杂[1，2]，急倾斜煤层中的坚硬顶板易大面积悬顶且难以垮落，安全隐患大，是一直困扰急倾斜煤层安全开采的技术难题。悬露的上覆岩体一般厚度大、整体结构性强，短期内不易自然垮落[3]。支架后方大面积悬空，会导致工作面漏风严重、瓦斯易积聚等灾害隐患问题；采空区顶板压力积聚超过其承受极限时，大面积悬顶就会冒落，冒顶过程伴随产生强烈的冲击气流以及压力剧变等灾害现象[4]，诱发工作面冲击(动力灾害)事件的发生，造成急倾斜工作面冒顶片帮甚至严重的滑架倒架事故，另外，能量释放过程中形成的风暴冲击，可轻易摧毁工作面机械设备，造成人员伤亡。与近水平或缓倾斜煤层顶板相比较，急倾斜煤层的顶板管理更为复杂，急倾斜煤层顶板所带来的安全隐患，已经严重影响到矿山企业的正常生产。本文基于新疆二一三零煤矿26221急倾斜工作面地质条件，就生产过程中遇到的顶板安全问题，通过对比分析不同顶板管理办法，最终确定采取预裂爆破强制放顶法对顶板进行弱化。研究确定了超深孔超前预裂爆破技术的方案和参数，经煤矿现场实践，取得预期结果。

1 工程概况

新疆二一三零煤矿26221工作面位于6#煤层，该煤层南北倾向，近东西走向，煤层标高为+2047～+2120m。根据+2047m水平的低位抽放巷和+2120m水平的回风巷掘进资料推测，该煤层内含夹矸0～3层，煤层平均厚度3.7m，结构简单至中等，煤层倾角在35°～43°之间，平均倾角39°。工作面煤层直接顶为0.25m左右的砂砾岩，质地坚硬，属伪顶易脱落，老顶为中粒砂岩，棱状角，致密坚硬，平均厚度15.6m，整体构造完整，局部有破碎带，在顶板来压过程中破碎带区域易发生冒顶事故，岩层坚固性系数f=6～8。工作面平均斜长140m，与采区上部5#煤层平均间距14.5m，5#煤层平均厚度4.5m，一次采全高，该工作面已完成回采作业多年，采空区结构已经稳定，对6#煤层开采不会造成影响。26221工作面沿走向方向布置回采面，利用综合机械化法一次采全高，工作面共布置82架ZZ6500/22/48型支撑掩护式液压支架，支架高度2.2～4.8m，采煤范围最低2600mm、最高4500mm，支护初撑力6184kN，支护工作阻力6500kN，采用技术可靠的架间防滑装置进行连接。

②微生态调节治疗 肝衰竭患者存在肠道微生态失衡，益生菌减少，肠道有害菌增加[11]，而应用肠道微生态制剂可改善肝衰竭患者预后。建议应用肠道微生态调节剂、乳果糖或拉克替醇，以减少肠道细菌易位或内毒素血症（Ⅲ）[12]。有报道粪便菌群移植（Faecal microbiota transplantation，FMT）作为一种治疗肝衰竭尤其是肝性脑病的新思路，可能优于单用益生菌[13]，可加强研究。

26221工作面回采过程中，采空区老顶未及时垮落，导致工作面压力显现异常，工作面煤壁片帮严重，顶板来压剧烈，在线压力监测显示采面支架受力极不均衡，在线监测最大压力可达49MPa，工作面现场移架困难。生产过程中采空区大面积悬顶导致顶板局部破碎带发生漏斗状冒顶事故，支架上方最大冒落高度15m，工作面被迫停产整顿20d，进行冒顶区域的事故处理，人员在无支护或支护不完整状态下作业，安全隐患大，该事故导致矿井生产计划滞后，经济损失严重。

可见，当岩体裂隙面倾角α=0时，即为水平平板裂隙情况，退化后的公式(18)—公式(20) 与文献[8]的推导结果一致，表明本文的构建的注浆扩散理论模型更具有一般性，可以求解任意空间产状裂隙的注浆时空扩散分布特征，而以往的水平平板裂隙扩散模型只是本文的一个特例。研究还表明，对于C-S速凝类浆液，其在岩体倾斜裂隙中的扩散特征主要取决于浆液性质、裂隙产状和地下水压力。

工作面倾向长度140m，运输巷与回风巷对应布置的2组炮孔编号分别以1#～8# 表示，沿回采方向循环布置，炮孔编号与表1数据对应。运输巷老顶切断孔最大深度95m，各组炮孔间距根据顶板岩性及爆破预裂半径等因素计算，最终定为7m，其中 4#、8#炮眼为上、下端头顶板切断孔，是切断端头顶板的关键，3#、7#炮眼为上、下端头三角区控制孔，是三角悬顶区顶板能否及时垮落的关键，必须保证其施工质量。炮眼布置剖面图如图5所示。

  

图1 6#煤层综合柱状图

2 急倾斜煤层工作面坚硬顶板控制思路

参照26221相邻工作面数据，倾向线上顶板的自由垮落带长度为25m，冒顶片帮范围主要集中在垮落带区域内，因此缩小自由垮落带长度及控制放顶高度是保证工作面安全的关键措施。该方案经过理论计算，结合现场钻孔作业施工限制等因素最终将垮落带长度缩小至20m。综合工作面长度、煤层倾角及顶板厚度、放顶高度及自由垮落带长度等条件，依据在水平投影面上两巷炮孔投影长度加自由垮落带长度等于工作面整个投影长度的原理，确定超深孔预裂爆破技术方案的炮孔参数，将每个炮孔经三维图二次投影修正，如图4所示，得到详细的炮孔参数，见表1。

方案中各参数间的关系如式(1)。

综采工作面一次采全高法生产效率高，回采速度快，采空区上部充填缓冲层少或无[8]，为解决悬顶滞后垮落所带来的矿压影响，方案设计分别在回风巷、运输巷两巷内，超前工作面100m处实施深孔作业，利用爆破产生的预裂缝切断顶板，以期达到工作面回采期间顶板随采随垮的效果。

分组起爆完毕后，检查炮孔爆破现场，水泥封孔结构表现良好，未出现冲孔现象，预裂爆破作业对顶板结构破坏小，炮孔周边围岩未见明显裂缝与破坏。预裂爆破作业后根据后期工作面现场数据统计，冒顶片帮事故次数明显减少，强度降低明显。顶板预裂前后煤岩体片冒块度和次数曲线如图6所示。

  

图2 采空区上端头三角悬顶区示意图

3 超深孔预裂爆破技术

自然垮落法不适应于坚硬顶板的管理，坚硬顶板吸水率低，高压注水压裂与软化周期长，所以高压预注水法也不适合矿井高产高效的进度要求。相比于前两种方法，预裂爆破强制放顶法效果直接，技术成熟可靠，尤其是超前深孔微差预裂爆破法，可在两巷内超前工作面一定距离施工，对工作面顶板及围岩震动破坏小，采面生产与炮孔施工平行进行，工序之间互不干扰，矿井作业效率高。

装备制造业的发展水平反映了一个国家在科学技术、工艺设计、材料、加工制造等方面的综合配套能力。从我国国民经济发展“十一五规划”中期开始，装备制造业中的主力军——机械工业就进入了又一个快速发展周期。湖北省及宜昌市的装备制造业发展尤为迅猛。

合理的起爆顺序和微差爆破技术会大幅提高爆破效果，先爆炮孔为后爆炮孔创造自由面和补偿空间，并能在切断顶板的同时减少和降低爆震对围岩体的破坏。为减少爆破过程中爆轰气体的外泄，降低爆炸能量损耗，提高爆破质量，封孔技术的施工方案及施工质量至关重要[9-11]。目前常规封孔方法是用炮泥直接封口，26221工作面采用水泥封孔加固技术，在黄土细沙封孔段之后，补加2m的水泥封孔，将乳化炸药爆破释放的能量稳定封闭在炮孔内。经起爆现场统计，冲孔事件发生率极低，该封口方案极大提高了炮眼的封口质量，保证了爆破质量和强制放顶的效果，炮孔封孔结构如图3所示。

  

图3 炮孔封孔结构图

目前顶板控制的常见方法主要有自然垮落法、高压预注水弱化法和深孔爆破强制放顶法(包括超前深孔预爆破法)。

在实际进行设计的过程中，设计人员应该充分考虑施工地区的气温以及降水量。同时还需要考虑施工过程中沥青的稳定性，对于其可操作性进行更加严格的考虑。因此，在设计的过程中，设计人员应该对8次、100次、160次之间的关联度。通过科学的进行对比来更好的确认其变化规律，从而更加有效的对施工的质量进行控制。

L1cosα1cosβ+L2cosα2cosβ+L0=Lcosβ(1)

式中，L为工作面倾斜长度，m；L0为自由垮落带长度，m；L1为运输巷炮孔长度，m；L2为回风巷炮孔长度，m；α1，α2分别为炮孔一次转角投影，(°)；β为炮孔二次转角投影(即煤层倾角)，(°)。

  

图4 炮孔二次投影三维示意图

 

表1 炮孔布置参数表

  

钻孔名称编号水平转角/(°)仰角/(°)钻孔长度/m装药长度/m装药量/kg封孔长度/m黄土细砂孔口水泥回风巷老顶切断孔180-1733524573572回风巷辅助老顶孔265-1538288482回风巷三角区控制孔3402038285855752回风巷端头孔4182024164862运输巷老顶切断孔5805459569207242运输巷辅助老顶孔6755956044132142运输巷三角区控制孔74559536527582572运输巷端头孔81852524164862

4 工程实践及效果分析

4.1 现场炮孔布置

为加强工作面顶板预裂效果，采用双侧布孔方式，即在工作面运输巷和回风巷两巷内各布置一组钻孔，每组孔均设置4个炮眼。炮孔采用“一次装药，分组起爆”的方式，每次起爆1组炮孔4个炮眼，依次起爆，直至起爆完毕。

设立医保政策宣传栏及时更新相关通知，编制和印发医保政策宣传资料，就诊大厅放置医保内部期刊、医保宣传册、医保知识卡片，通过候诊大厅的电子屏幕对医保政策循环播放，充分利用医院的网站等方法让患者了解医保知识及相关政策，减少医患矛盾的产生，营造和谐的医疗环境。

26221工作面曾采取相关技术措施进行顶板及煤壁加固处理，如增加两巷的顶板及煤壁支护密度，采用马丽散化学注浆法对工作面煤体进行加固，但效果不明显，这些措施均未从本质上解决大面积悬顶所带来的安全问题。26221工作面煤层及顶底板的煤岩柱状图如图1所示。

4.2 方案应用效果

采空区上方岩层分为及时冒落岩层和滞后冒落岩层，急倾斜煤层工作面移架过程中，煤岩体沿层面的剪切力较大，采空区上部煤岩柱受到沿倾斜方向的作用力发生剪切破坏后，沿底板下溜对采空区中下部进行充填，直至采空区中下部达到稳定状态，采空区下部顶板本身则不发生冒落或冒落程度降低[5-7]。在循环移架过程中，采空区上部始终处于未充填或充填不充分状态。当采空区上部顶板悬顶距离小于其极限垮距时，会在采面上端头区域形成稳定的三角悬顶区，悬顶区示意图如图2所示。三角悬顶区面积越大，说明工作面顶板越难垮落，随采面推进达到其承载极限发生断裂时所释放的能量也越大，容易造成大范围的矿压动力灾害现象。采空区上部三角悬顶区的空间大小及其稳定性是采面安全生产的关键性指标。

建筑物的间距对人的心理及精神具有很大的影响，因此在进行设计时不能只单纯考虑日照间距，要根据卫生视距及对人的影响进行综合设计。人类对环境的认知是通过感官感受的，建筑时时刻刻伴随着人们的生活，建筑物的间距过小则会让人产生压抑感，在紧张的工作后精神仍处于紧绷的状态，社会就容易产生犯罪，对人有消极的影响。反之则过于浪费土地、资源，增大人流、物流的流动空间和时间。

顶板预裂爆破之后，工作面架间压力曲线由之前的剧烈波动趋于平稳，预裂爆破前支架最大受力49MPa，预裂爆破后支架受力已全部降低至安全标准线32MPa以内，生产过程中周期来压稳定有规律。上端头三角区悬顶距离大幅缩短，由预裂爆破前的平均悬顶长度12m降低至4m，中下部区域架后悬顶垮落及时，生产期间工作面顶板压力积聚速度明显降低。通过压力在线监测及支架受力数据分析，可提前加强压力活跃区域的顶帮支护，加强工作面的安全管理，对生产现场的预测指导效果显著。预裂爆破前后架间压力变化和采空区悬顶距离变化如图7所示。

  

图5 炮孔布置示意图(m)

  

图6 顶板预裂前后片帮块度与次数曲线

  

图7 预裂前后平均压力和悬顶距离变化曲线

5 结 论

1)超深孔(最大孔长95m)方案施工速度与工作面推进速度相匹配，回采工作与钻孔施工平行作业互不影响，钻孔施工未影响回采进度，矿井生产效率高。

2)坚硬顶板深孔预裂爆破过程中，炮孔冲孔率极低，爆破效果良好，达到了设计要求。

3)工作面上端头悬顶距离及悬顶面积显著减少，由预裂爆破前的平均悬顶长度12m降低至平均4m，三角悬顶区面积明显缩小，说明该方案对顶板整体预裂效果较好。

4)顶板预裂爆破后，随工作面推进，采空区顶板垮落及时，回采期间工作面压力曲线平稳，现场未发生影响生产的安全事故，超深孔预裂爆破强制放顶方案效果显著，为相似条件矿井的生产提供了参考。

参考文献：

[1] 戴华阳，郭俊廷，易四海，等.特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层及地表移动机理[J].煤炭学报，2013，38(7)：1109-1111.

[2] 阎跃观，戴华阳，王忠武，等.急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理[J].中国矿业大学学报，2013，42(4)：547-552.

[3] 段昌瑞，薛俊华.深井厚硬顶板预裂切顶技术研究[J].煤炭工程，2016，48(10)：37-40.

[4] 金洪伟，胡千庭，刘延保，等.突出和冲击地压中层裂现象的机理研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29(5)：694-699.

[5] 周清龙，刘大鹏，赵阳升，等.急倾斜煤层顶板破坏特征相似模拟[J].煤矿安全，2014，45(1)：26-28.

[6] 屠洪盛，屠世浩，白庆升.急倾斜煤层工作面区段煤柱失稳机理及合理尺寸[J].中国矿业大学学报，2013，42(1)：7-11.

[7] 邱文华，孔令海，欧阳振华，等.复杂条件半煤岩巷道顶板控制技术研究[J].煤炭工程，2017，49(11)：45-49.

[8] 鞠金峰，许家林，朱卫兵.浅埋特大采高综采工作面关键层“悬臂梁”结构运动对端面漏冒的影响[J].煤炭学报，2014，39(7)：1197-1204.

[9] 李廷春，刘洪强，王 超.超深孔一次成井微差爆破技术研究[J].岩土力学，2012，33(6)：1743-1746.

[10] 刘思佳，王直亚，赵荣阔.深孔预裂爆破封孔技术的研究[J].煤矿安全，2014，45(11)：72-73.

[11] 任晓东.中深孔预爆破技术在特厚煤层综放工作面初次放顶中的应用[J].煤炭工程，2016，48(5)：43-46.