沿空留巷爆破切頂及煤體注漿加固技術

王保龍

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司寺河煤礦，山西 晉城 048200）

隨著煤炭資源的不斷開采，煤炭儲量越來越少[1-2]。很長一段時期內我國工作面回采巷道采用維護方式是留設煤柱，每年用煤柱維護巷道的煤炭損失量一般占全礦煤炭損失總量的90%左右，居礦井煤炭損失的首位[3-4]。

沿空留巷是減少煤炭資源量損失的一種有效方法。切頂卸壓[5-8]是指利用聚能爆破、高壓水致裂等方法提前在巷道內側布置鉆孔，對工作面頂板進行超前預裂，使頂板沿預定方向產生切縫，隨著工作面的不斷推進，采空區頂板周期性來壓，巷道內側頂板沿切縫垮落，從而切斷或減小巖梁傳遞到相鄰煤體上的力，達到卸壓的目的。因此有必要利用切頂卸壓技術來解放為維護回采巷道而留設的煤柱。

1 工程概況

寺河煤礦6301大采高工作面煤層均厚5.72 m，煤層為近水平煤層，煤層傾角為3～9°，平均6°，走向長1 466.9 m，傾斜長296.3 m，采用一次采全高采煤工藝，全部垮落法控制頂板。工作面目前采用“兩進兩回”多巷布置方式，留設兩條巷道為下一工作面服務。受本工作面和下一個工作面回采動壓影響，留巷巷道變形破壞嚴重。

2 中深孔聚能爆破切頂技術

為了阻斷采空區上覆巖層的礦山壓力向煤柱方向傳遞，減小順槽上方礦山壓力作用，減小或消除臨近巷道的有害變形，保證圍巖的整體完整性，避免巷道圍巖變形破壞后進行二次維修甚至多次巷修，降低巷道的支護難度和支護成本，對回采巷道采用中深孔聚能爆破切頂+煤體注漿加固技術，從根本上改善巷道的力學環境，最終控制所留回采巷道的變形。

如圖1所示，爆破在6301工作面63011巷實施，試驗地點在6301工作面63011巷19#～24#橫川之間，長度342 m，共計設計172個爆破孔，間距2 m，每爆破三個孔跳過一個，增加爆破自由面，提高爆破效果。

圖1 6301工作面巷道布置

根據寺河煤礦鉆機、鉆桿、鉆頭等設備，結合工作面頂板巖性、工人操作習慣及頂板爆破預裂效果以及施工進度等要求，確定以下爆破鉆孔設計參數，見表1。鉆孔深度在施工過程中可根據鉆孔窺視頂板巖層結構的結果進行調整，鉆孔間距可根據現場爆破效果進行優化。切頂爆破鉆孔布置如圖2所示。

圖2 切頂爆破鉆孔布置示意圖

表1 爆破鉆孔設計參數表

為促使巷道頂板與采空區頂板分離開來，促進采空區頂板巖體垮落，減少矸體垮落對巷道頂板的影響，利用一種聚能張拉成型爆破技術，在爆破孔內安裝聚能裝置。聚能裝置上布置聚能穴，爆破時產生高溫、高壓、高速氣體，沿聚能穴方向形成強力氣楔，驅動裂紋擴展。孔壁非設定方向上產生均勻壓力，聚能方向上產生集中拉力，實現定向張拉成縫。

3 煤體注漿加固技術

3.1 注漿材料

為了減少巷道返修次數，提高巷道圍巖穩定性，以保證工作面的安全回采，有必要對該巷道爆破切頂卸壓段進行注漿加固。通過在巷道兩幫布置鉆孔，以提高注漿效果。注漿材料采用多比例雙液注漿材料，該材料由A、B兩種組分組成，單種成分性能穩定，流動性好，6 h內不離析、不泌水，水灰比在1.5:1至4:1之間可調。漿液水灰比越大，單位體積材料消耗量越少。使用時兩種成分按照1:1混合即可，混合后漿液的初凝時間在12～41 min可調，且材料早期強度較高，有助于提高注漿效果。注漿材料具體性能見表2。

表2 注漿材料性能參數

3.2 加固方案

（1）煤柱側鉆孔布置

采用4 m、8 m深淺孔交錯布置方式，淺孔注漿是堵漏，形成表面密閉層，為深孔注漿打基礎。

4 m孔布置：淺孔每排2個鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。下部鉆孔距離底板1.5 m，孔深4 m，仰角4°；下排鉆孔距離底板2.5 m，孔深4 m，仰角0°。孔徑均為42 mm。同排鉆孔之間間距均為3 m。

8 m孔布置：深孔每排2個鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。下排鉆孔距離底板1.5 m，孔深8 m，仰角0°；上排鉆孔距離底板2.5 m，孔深8 m，仰角2°。孔徑均為42 mm，同排鉆孔之間間距均為3 m。

圖3 煤柱側鉆孔布置平面圖

圖4 工作面側鉆孔布置平面圖

圖6 煤柱側8 m孔布置方式剖面圖

（2）工作面側鉆孔布置

工作面側采用8 m孔“三花”布置方式。

8 m孔布置：每排2個鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔呈“三花”布置。上部鉆孔距離底板1.5 m，孔深8 m，仰角4°；下排鉆孔距離底板2.5 m，孔深8 m，仰角0°。孔徑均為42 mm，同排鉆孔之間間距均為5 m。

4 工業效果檢驗

為檢驗中深孔聚能爆破切頂和煤體注漿加固效果，在63011巷、63015巷分別布置測站，測站采用“十”字布點法安設表面位移監測斷面。為保證數據的可靠性，每隔10 m布置一個監測斷面。為更好地得到各區域巷道變形規律，變形觀測站布置在工作面切眼前方250 m處24#橫川與19#橫川之間。

如圖7所示，通過63011巷的觀測及數據分析，由于受到工作面超前和采動的影響，巷道發生兩幫收縮及頂板下沉變形。其中，頂板最大下沉量為145 mm，兩幫最大變形量為195 mm。從變形曲線及礦壓顯現來看，頂板下沉變形超前影響距離大于巷道兩幫收縮變形超前影響距離。

圖7 63011巷各測點最大變形量

如圖8所示，通過觀測及數據分析，63015巷在加強支護下，表現出來的變形也比較明顯。其中，頂板最大下沉量為546 mm，兩幫最大變形量為1293 mm。從變形及變形曲線來看，頂板下沉變形超前影響距離大于巷道兩幫收縮變形超前影響距離。

圖8 63015巷各測點最大變形量

從實驗結果來看，中深孔聚能爆破切頂及煤體注漿加固技術取得了較好的效果，巷道的變形得到了明顯的控制，減少了巷道復修成本，減少了煤柱尺寸，提高了資源回收率。

5結 語

（1）針對受本工作面和下一個工作面回采動壓影響，留巷巷道變形破壞嚴重的問題，決定對回采巷道采用中深孔聚能爆破切頂+煤體注漿加固技術。

（2）為了檢驗中深孔聚能爆破切頂和煤體注漿加固效果，采用“十”字布點法對巷道變形進行監測，可以看出中深孔聚能爆破切頂及煤體注漿加固技術取得了較好的效果，從根本上改善巷道的力學環境，最終控制了所留回采巷道的變形。