高應力堅硬頂板條件下綜采工作面回撤階段切頂技術

王 劍 ，張彩翔

(1.潞安化工集團能源事業部 生產部，山西 長治 046204；2. 潞安化工集團 設備租賃管理中心，山西 長治 046204)

潞寧煤業22115工作面為二二采區下山巷道東側布置的第三個工作面，已開采的22111、22113等工作面采動影響造成鄰近的采區下山巷道頂板下沉、幫部片幫，礦井多次組織下山巷道維修，迫切需要采取相關技術措施減少工作面采動對下山巷道的影響。結合潞寧煤礦頂板堅硬的地質條件，提出在22115綜采面回撤階段采用切頂卸壓技術，切斷工作面采動壓力向下山巷道的傳導，降低保安煤柱和下山巷道圍巖的壓力，控制圍巖變形，減少巷道返修成本和工人勞動強度。

1 22115工作面概況

22115工作面開采煤層平均厚度4.3 m。工作面設計推進長度1 240 m，底板標高1 020～1 044 m，地面標高1 458～1 607 m，埋深400 m左右。工作面區域地層整體為南東向傾斜的單斜構造，煤層傾角為11°。直接頂為泥巖、粉砂巖，老頂為中細粒砂巖，屬堅硬頂板。設計22115工作面與最近的回風下山巷道之間的保護煤柱約70 m。

2 22115工作面回撤階段切頂卸壓技術方案

設計對22115工作面堅硬頂板采用深孔定向預裂爆破的方式進行切頂卸壓。工作面準備回撤前采用定向爆破切頂技術，對回撤通道正幫側頂板采取定向預裂，切斷回撤通道上方老頂。待工作面回撤結束后，在礦壓作用下，頂板將沿預裂切縫自動切落，縮短了采空區側頂板懸臂梁的長度，減弱采空區來壓強度，達到保護鄰近大巷的作用。

2.1 22115切頂卸壓孔布置方式

1) 切頂卸壓孔布置。根據地面鉆孔煤層柱狀圖及工作面的頂板巖性窺視資料綜合分析，煤層上方直接頂為厚度12 m的泥巖、粉砂巖，老頂為13 m灰白色中細粒砂巖。只要將該范圍的頂板巖體切斷即可實現對煤柱的卸壓。因此頂板爆破孔孔深定為26 m(根據工作面傾角情況，按15°傾角運巷方向偏斜施工，則垂直高度約25 m)。

22115切頂卸壓鉆孔采用ZLJ-650型煤礦用坑道鉆機施工，鉆機配套采用三翼金剛鉆頭直徑為65 mm，鉆桿直徑為42 mm。在切眼內距離運巷4 m處開始布置第一個孔，沿回撤通道距離煤壁500 mm處打預裂爆破孔，爆破孔間距10 m。如圖1所示，從運巷向風巷風巷方向依次施工鉆孔，第一個孔作為導向觀測孔，垂直頂板打孔，從第二個孔開始偏向運巷方向傾角75°打孔，爆破孔間距為10 m，按此間距進行布置需要打孔約23個，具體打孔爆破參數見表1。

圖1 爆破孔布置示意(m)

表1 單孔預裂爆破參數

2) 爆破工藝。切頂卸壓要求對爆破層位進行精準爆破，保障切斷的頂板整齊斷裂，普通爆破技術難以達到效果。結合國內相關爆破技術，設計采用聚能藥包定向斷裂爆破技術，實現爆破裂紋的精準控制，保障爆破層位的有效切斷。

定向預裂爆破的關鍵裝置為聚能管，是一種用于聚能爆破的阻燃抗靜電塑料套管，套管管體沿軸線方向180°兩側開槽，實現雙向聚能，聚能爆破管直徑為50 mm，壁厚1.5 mm，每段2 m，180°對穿打孔，孔徑為8 mm，間距30 mm，見圖2。將乳化炸藥裝入聚能管中。每個炮孔需要安裝9節聚能管，一節連接另一節順序裝入炮孔，管與管之間使用快速接頭連接并用螺絲固定，確保聚能管間捆扎牢固，可靠傳爆炸藥。

圖2 聚能管內部結構示意

采用導爆索多點起爆聚能藥包，每5個炮孔為一組，在每組5個炮孔內依次裝入5 個段位的毫秒延期電雷管。裝藥放炮時，依預裂爆破孔順序進行放炮，1號孔(導向孔)作為觀測孔不進行裝藥放炮。先放2～6號預裂爆破孔，根據爆破效果，對下一組爆破孔的具體參數進行適當調整，一組炮孔放炮結束后，回撤支架。

2.2 礦壓監測

在22115工作面緊鄰的二二采區回風下山巷道布置綜合測站進行圍巖變形監測，綜合測站每間隔30 m設置一組，沿回風下山巷道超過工作面長度各向兩端延長約100 m，共計布置14組測點。在綜合測站通過安裝錨桿(錨索)測力計，對錨桿工作阻力情況進行測定，同時按照要求安設表面位移觀測測點對巷道的收斂情況進行監測。通過一年多的巷道位移監測，發現回風下山巷道變形量小，未出現明顯底鼓或巷道變形；通過錨桿(索)測力計進行監測，錨桿、錨索受力無明顯增長，工作阻力正常。大巷總體變形可控，無需對巷道進行維修、維護。

圖3 監測回風下山巷道變形量

綜上所述，采用工作面回撤階段切頂卸壓技術，有效減少了大巷受采動的影響程度，下山巷道的變形得到了有效控制，避免了大范圍的巷道返修，實現了安全高效生產，在其他同等條件下的礦井中值得推廣。