特厚煤層切頂卸壓護巷技術研究

馬國偉

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西 呂梁 033600)

1 概 況

斜溝煤礦為設計生產能力1 500萬t/年的千萬噸級礦井。該礦18201工作面屬于12采區首采工作面，工作面北部為12采區3條下山，西部、南部為實煤區，東部為+700 m水平南翼3條大巷，3條大巷間距約為35 m，工作面距離+700 m水平南翼輔運大巷70 m. 18201工作面與3條大巷位置關系見圖1.

圖1 巷道布置示意圖

隨著18201工作面的推進(目前工作面已回采約1 940 m，外段采長為291.1 m的區段剩余約為2 020 m)，受采動影響+700 m水平8#煤南翼3條大巷出現不同程度的頂板破碎、裂隙、離層，幫部片幫，底板鼓起等現象，對大巷的使用造成影響。

18201工作面煤層平均厚度6.25 m，煤層傾角9°.直接頂為中細粒砂巖，厚度0.00～9.46 m，平均厚度6.40 m. 基本頂為泥巖，厚度2.17～11.10 m，平均厚度6.68 m. 底板有一層平均厚度為0.94 m的泥巖和數層較厚的中細粒砂巖，粒狀結構。

2 切頂卸壓方案設計研究

2.1 切頂卸壓護巷基本理論

礦用乳化炸藥爆破時產生較強的沖擊波，沖擊波攜帶著大量爆破能量迅速向鉆孔周邊傳播釋放，鉆孔周邊煤巖體受到沖擊波作用迅速發生擠壓變形，在強烈徑向壓縮下產生沿鉆孔徑向方向的滑移，巖殼隨著徑向移動而擴張，形成擴腔區、壓碎區，繼而形成裂隙圈。炮孔各區分布區域見圖2.

圖2 炸藥爆破后各區分布圖

利用切頂卸壓方式切斷18201工作面回采時所產生的超前支承壓力的影響，阻斷和減弱其向巷道尤其是長期使用的+700 m水平8#煤南翼3條大巷進行應力傳遞，進而能夠減小被保護大巷的受力，確保大巷的長久穩定。

2.2 切頂卸壓方案的確定

該次切頂卸壓護巷方案為：在18201工作面材料巷內實施切頂放炮，距離煤柱幫400 mm處每隔1 000/800 mm，垂直頂板施工一排炮眼，炮眼均與頂板垂直。利用礦用鉆孔窺視儀成像技術進行比較發現，鉆孔為800 mm和1 000 mm兩種間距時爆破效果基本一致，從經濟角度考慮，最終確定鉆孔間距為1 000 mm，見圖3.

炮眼深度設計依據：為保證切頂卸壓效果，以打穿關鍵層為宜，工作面直接頂為中細粒砂巖，平均厚度6.40 m，基本頂為泥巖，平均厚度6.68 m，炮眼深度設計為13 m.

裝藥結構：1) 裝藥結構分為3段，每段在d40 mm×1 500 mm的聚能管一端填實200 mm黃土，從另一端裝入4卷火藥，再裝入1卷爆破引藥，在末端裝入300 mm黃土搗實，3段依次送入爆破孔。2) 在一根d40 mm×2 000 mm的聚能管先裝入0.25 m黃土，其次裝入6包(合計1.5 m)水炮泥，再裝入0.25 m黃土，搗實，將此管穿入炮孔，送至前一根聚能管尾部。3) 在孔口裝入5 m黃土，逐級搗實。

圖3 同一深度不同鉆孔間距爆破效果對比圖

3 切頂卸壓護巷可行性數值模擬研究

結合相關礦山壓力理論，根據頂底板厚度、煤巖體體積模量、抗拉強度、內摩擦角、內黏聚力等參數，利用FLAC3D數值軟件進行一系列的模擬與驗證。建立的模型見圖4.

圖4 模型網格圖

18201材料巷在不切頂條件下煤柱寬度為70 m時，+700 m南翼輔運大巷的應力云圖見圖5.

圖5 不切頂條件下輔運大巷應力云圖

18201材料巷在切頂條件下煤柱寬度為70 m時，+700 m南翼輔運大巷的應力云圖見圖6.

圖6 切頂條件下輔運大巷應力云圖

對切頂卸壓護巷方案進行模擬分析得出，18201材料巷未切頂前，+700 m南翼輔運大巷兩幫移近量及頂底板移近量較為明顯。18201材料巷切頂后，+700 m南翼輔運大巷兩幫移近量以及頂底板移近量得到有效控制，說明切頂卸壓護巷方案可行。

4 巷道位移實際觀測

采用多點位移計觀測巷道受采動影響下圍巖變形隨時間變化情況。位移變化曲線圖見圖7.

圖7 兩幫位移變化曲線圖

由圖7可知，18201材料巷采用切頂卸壓后，+700 m南翼輔運大巷兩幫移近量變化最大值不超過40 mm，說明切頂卸壓護巷方案有效避免了18201工作面回采對+700 m南翼輔運大巷圍巖穩定性的影響。

5 結 論

1) 采用深孔預裂爆破切頂卸壓技術現場應用表明該技術有效解決了大采高工作面兩巷采空區懸頂問題。

2) 18201材料巷切頂后，+700 m南翼輔運大巷兩幫移近量得到了有效控制，說明切頂卸壓護巷方案可行。