切頂卸壓護巷技術在屯蘭礦的應用

趙永青

（山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

0 引言

在屯蘭礦12505工作面停采時，在超前于工作面的前方進行切頂卸壓工作，沿頂板向工作面前上方斷頂切縫，保護南五采區集中巷及變電所。屯蘭礦12505工作面前方的南五采區集中大巷，受12505工作面回采動壓影響預計巷道變形較大，如圖1所示。在工作面的末采收尾后，在A區、B區、C區進行深孔爆破預裂、斷頂卸壓工作，以實現保護該工作面前方的南五采區大巷、避免其大范圍發生底鼓、幫鼓、噴漿掉皮等變形量過大現象。此外，可使工作面多回采煤炭資源，如果工作面停采線能夠向前挪移20m，按工作面斜長205m、煤層厚度4m計算，則可以多回采煤炭205×4×20×1.5=2.46萬t，按每噸價格400元計算，則可以多創收1000萬元。可見該課題的研究意義重大、經濟效益十分可觀。

1 屯蘭礦地質水文概況分析

1.1 煤層概況

該工作面2、3號煤層厚度穩定，合并開采，2號煤厚2.60～3.20m，平均約2.96m；2號煤與3號煤之間夾一層砂質泥巖，厚0.50～0.87m，平均約0.69m；3號煤厚0.40～1.00m，平均約0.60m；煤巖總厚均約4.25m，煤層有益厚度均約3.56m，工作面煤厚分布規律為自Ⅰ切眼向外由薄逐漸變厚：最薄處為Ⅰ切眼機頭附近約3.15m，最厚處為皮帶順槽12號點附近約4.05m，另外，皮帶順槽煤厚總體大于軌道順槽，煤質為焦煤，工作面煤層整體為樞紐向南西傾斜的緩向斜，煤層最大傾角10°，最小傾角3°，平均6°。

圖1 工作面停采線附近超前支承壓力影響示意圖

1.2 地質概況

該工作面地質構造復雜，斷層及褶曲發育，工作面兩順槽掘進過程中共揭露10條正斷層。其中最小落差0.7m，最大落差14m。F2、F4和F6正斷層落差2.3-6.6M且于皮順及軌順都揭露，對回采影響較大，其中受F2的影響，導致工作面重新布置，重開切眼；F1、F3、F5、F7、F8 和 F9 正斷層落差均在 2.2m 以下,且在工作面內延伸不長，對回采有一定影響，F10正斷層落差較大，但位于設計停采線以外，對回采無影響。根據地表及相鄰工作面揭露情況分析，該工作面中部為東大嶺向斜軸部，屬應力集中區，受其影響，可能樞紐附近存在伴生斷層及節理的影響，并且出現煤質松軟、裂隙發育、瓦斯異常涌出等現象。

1.3 水文概況

1）該工作面水文地質條件復雜，全區帶壓，奧灰水靜水位標高為860m，工作面底板標高674～739m，工作面水壓 1.21～1.86MPa，突水系數為0.01756-0.02163MPa/m，位于相對安全區內。

2）該工作面右側為12503采空區，軌道順槽整體標高低于12503工作面軌道順槽標高，現已在12505軌道順槽施工4個放水孔，K3不出水，K1、K3和K4有少量的出水，主要為采空區局部低洼處積水，對回采影響較小。

3）回采中主要出水水源為2#煤層上部砂巖裂隙水，回采期間老頂跨落后上覆巖層形成冒落裂隙帶，上部砂巖裂隙水可能通過裂隙涌入采空區及工作面，局部地段可能會有淋滴水現象。

4）切眼向外167m距左幫58m附近有444煤田勘探孔，該鉆孔終孔位于10號煤底板下19m，由于年代久遠，封孔資料不詳，回采至該鉆孔附近時需提前采取防范措施，確保順利通過該鉆孔。

1.4 防治水措施

1）回采前在Ⅱ切眼附近需施工水倉并完善排水系統，以保證排水能力不小于最大涌水量2倍以上。

2）初采初放期間需加強水情監測，如發現頂板淋水增大或落山內沿支架底座出水需及時制定排水措施。

3）工作面回采過程中注意觀測底板出水的水色水溫變化，遇有異常及時匯報礦調度。

1.5 鉆探概況

物探院使用無線電波坑透儀、瞬變電磁儀對12505工作面進行了物探。坑透資料顯示Ⅰ切眼向外301～351m范圍內靠近皮帶順槽附近為E1坑透異常區，Ⅱ切眼向外2-252m范圍內為E2坑透異常區，E2坑透異常區內主要存在斷層和褶曲等構造；瞬變電磁儀探測存在順層及底板向下45°共2個低阻異常區。根據坑透及瞬變電物探成果，對12505工作面進行鉆探驗證，經對2個坑透異常區及2個瞬變電磁異常區鉆探驗證，并結合瓦斯抽采鉆孔資料分析：E1坑透異常區局部存在節理，E2坑透異常區為東大嶺向斜樞紐及斷層集中區，并基本控制了樞紐及F3、F4和F7正斷層的走向，在對異常區鉆探施工過程中探測鉆孔均未見出水現象，但施工E2坑透異常區的鉆孔存在煤質疏松和瓦斯頂鉆現象。

2 現場實施方案

2.1 斷頂孔位置的確定

根據數值模擬應力變化情況，超前支承壓力在末采期間和停采一段時間內存在一個動態變化過程，應力會向前方煤體轉移。在設計停采線位置時應充分考慮到這一點。為了保證停采后南五采區大巷少受動態變化應力的影響，在工作面設備回撤之前需要打孔、斷頂卸壓。

炮孔布置：工作面長按205m計算，由于超前支承壓力較大，需要在工作面的前上方、側上方爆破出弱面后，阻斷超前支承壓力傳遞路徑。即分為A區、B區、C區三個區域進行卸壓，如圖2所示。

A區：炮孔間距定為3m，每2個支架打一個卸壓孔，中部高抽巷附近10m不打孔，兩端頭各留5m不打孔，則共需布置60個炮孔，編號分別為A1～A60。每個炮孔斜長35m，仰角45°。

圖2 停采線處炮眼布置平面圖

B區：炮孔間距定為2m，從停采線位置向前布置，往煤柱側偏斜75°，緊貼煤柱幫開孔口，按走向70m范圍，則共需布置35個炮孔，編號分別為B1～B35。每個炮孔斜長35m，仰角45°。

C區：炮孔間距定為2m，從停采線位置向前布置，往煤柱側偏斜75°，緊貼煤柱幫開孔口，按走向70m范圍，則共需布置35個炮孔，編號分別為C1～C35。每個炮孔斜長35m，仰角45°。

2.2 爆破參數

根據數值模擬應力變化情況，本次打孔全部采用Ф75mm直徑，裝藥全部采用Ф50mm爆破筒，每米裝藥量約1.5kg，既每個孔裝藥30kg，每個炮孔封泥長15m。

2.3 工期安排

工期安排：工作面停產后即可安排打孔，打好3-5個炮孔，即可裝藥起爆一組。建議每次起爆不超過5個炮孔。60個孔，按每天施工9個，共需6天左右完成。B組、C組炮孔可后期根據時間自行安排施工，每次同時起爆不超過5個炮孔。

2.4 爆破材料確定

1）凹槽聚能爆破管：為了防止殘炮拒爆現象，深孔爆破斷頂需采用凹槽聚能管（不需導爆索）向孔內填裝炸藥，該聚能管為阻燃抗靜電材料制成。斷頂炮孔直徑為Ф75mm，因此凹槽聚能管直徑選擇Ф50mm，如圖3所示。

規格：Ф50mm，長2m一根，每米配一個管間連接扣及防下滑倒刺。

2）輕質材料專用炮棍：凹槽聚能管采用專用的“雙抗”炮棍向孔內填裝，即抗靜電、抗阻燃材料。該炮棍有專門快速連接頭連接，每根炮棍重量約300g、重量輕便、便于深孔爆破填藥及封泥等操作使用。

圖3 阻燃抗靜電材料凹槽聚能管及切縫效果

規格：Ф40mm，長2m一根，配20個炮棍大頭。

3）專用深孔封泥袋：封泥袋內裝黃土，用于封堵炮孔。規格：Ф50mm，每個長500mm。停采線深孔爆破斷頂卸壓共計施工60+35+35=130個孔。

3 結 語

1）地表上方養殖場內建筑設施較多，回采對其影響較大。

2）2#、3#煤層合采整體較厚，盡可能跟2#煤頂和3#煤底回采，減少丟煤，提高工作面回采率。

3）Ⅰ切眼附近與底抽巷間距約4-6m，回采過程中注意觀測工作面錨索外露情況，并加強底抽巷支護。

4）工作面中部斷層較多且為向斜核部，施工本煤層瓦斯抽采鉆孔時見巖孔較多，對瓦斯抽采效果有一定影響，該區域存在瓦斯富集區，回采過程中需加強瓦斯管理，防范瓦斯事故。

5）回采過程中揭露斷層等構造時需加強頂板及煤幫管理，防止發生漏頂和片幫等事故。