切頂卸壓在窄煤柱臨空巷道護巷中的應用

摘要：新集礦區相鄰工作面區段煤柱一般留設10m，受超前動壓及工作面側向支承壓力的疊加影響，區段煤柱和已掘巷道面臨礦壓顯現劇烈、變形嚴重等問題，嚴重制約了工作面的安全高效生產。為此，礦通過超前工作面50～60米爆破預裂切頂卸壓技術，探索出科學有效且適應于深井煤礦窄煤柱大斷面臨空巷道的護巷方法，具有一定的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：切頂卸壓;窄煤柱;頂板;護巷

中圖分類號TD353 文獻標識碼 A

1 工程概述

某礦1313采區為單翼布置，工作面為走向長壁布置。因該礦其他采區未提前打開，導致工作面接續僅在1313采區和1311采區間接替，又因1311采區11煤平均厚度僅2m，無厚煤層進行配采，直接影響礦井煤質和產量，為解決短期產量和煤質問題，該礦采取在131304工作面回采前，提前完成131306圍面工程。131304工作面回采期間，提前對機巷沿窄煤柱頂板進行切頂，切斷采動應力對窄煤柱和131306風巷影響，確保護巷成功，實現相鄰工作面接替。

2 切頂護巷技術原理

131304機巷屬于典型的窄煤柱切頂護巷，通過切頂降低處于煤柱及鄰側巷道上方的應力集中程度，從而保證圍巖結構的整體穩定性。頂板未進行切頂卸壓時，由于區段煤柱的支撐作用，弧形三角區直接頂及基本頂高度方位內易形成長懸臂結構，支撐壓力峰值作用在窄煤柱及另一側巷道上方，使得區段窄煤柱及鄰側巷道的作用應力大，穩定性受到嚴重威脅。

一是破壞巖層沿水平方向的應力聯系，切斷窄煤柱上方的長懸臂結構，將長懸臂變為無懸臂，直接降低應力作用程度。二是通過切頂破碎巖塊的碎脹作用，進一步提高切頂高度范圍外基本頂大結構的穩定性，通過鉸接結構，為窄煤柱及鄰側巷道提供良好的應力環境。三是向煤柱方向切頂，角度為負，煤柱頂部覆巖邊緣下寬上窄，形成了應力擴散效應，更有利于降低應力。

3 切頂護巷施工工藝

3.1 切縫鉆孔參數

通過試驗范圍頂板巖性探查：頂板向上0～6m泥巖、6～7.5m砂巖、7.5～11m泥巖、11～12m砂巖、12～14m泥巖。根據礦井破碎巖體的碎脹及相關理論計算，初步確定鉆孔眼深為13m。鉆孔布置在131304機巷煤柱側，距巷道設計中線2.3～2.5m，垂直方向斜偏下（南）10°。

3.2 炮眼布置、裝藥量參數

通過多次爆破試驗，利用深孔窺視儀觀測效果，最終確定最佳爆破參數，即鉆孔間距500mm（且<550mm），采用導爆索+電雷管起爆，起爆方式為正向、間隔爆破，裝藥8.4m（共7節聚能管、17卷炸藥），封泥長度4.6m，日循環爆破8個孔、長度8m。頂板向上4m開始出現不同程度的裂縫、且未對131304膠帶順槽原支護產生破壞及影響。

3.3 切頂爆破超前距

起初切頂爆破試驗階段，起始切頂位置為超前131304工作面50～60m，結合以上初步確定的切縫鉆孔布置間距和裝藥方案，通過現場觀測，切頂爆破未對131304機巷頂幫產生明顯爆轟影響，結合深孔窺視孔內爆破裂紋分布，頂板爆破預裂狀態達到完全切頂的70%效果，在一定程度上未對131304機巷及下幫區段煤柱頂板產生完全破壞，但隨工作面推進，受超前動壓及切頂卸壓影響，巷道肩窩出現墜兜、下幫煤柱有輕微鼓幫現象，但不明顯，為保證安全回采，下端頭使用一梁三柱托棚進行加固。當切頂位置進入工作面采空區，受回采壓力影響，頂板隨回采即垮落。考慮到雙重應力疊加影響，并結合工作面推進度，確定切頂爆破位置超前工作面為50～60m較好。

4 切頂卸壓效果分析

4.1 礦壓監測分析

切頂卸壓實施前后，在131304膠帶順槽切頂施工起點300m范圍及131306軌道順槽600m向里已布置臨時位移點，加強切頂施工前后礦壓監測對比分析。為安全起見，目前131306軌道順槽里段已施工柵欄，人員無法進入，數據未觀測。

根據工作面推進度，通過曲線圖分析超前工作面相同距離、不同位移點、不同時間觀測數據最大值形成以上圖表，由此可知：

（1）距工作面0-40m范圍內，切頂前后頂底板和兩幫位移量變化趨勢相近。

（2）距工作面40-100m范圍內，切頂后頂底板位移速度減少2.5mm/d，但兩幫位移量速度增加4mm/d。

（3）距工作面100m范圍外，巷道位移變化速度緩慢減少，變化值平均<10mm/天，并呈現趨于穩定，主要為巷道本身壓力顯現，并非受采動及切頂卸壓影響。

4.2 切頂卸壓階段性效果分析

從工作面下隅角及下端頭架后頂板垮落情況看，頂板滯垮長度不超過8m、滯垮面積不超過10m2（切頂前滯垮長度約為30m、滯垮面積一般>10m2），基本實現了隨采隨垮，相比正常不切頂垮落效果顯著。切頂卸壓改變了圍巖的應力作用環境，切斷了頂板的應力傳播途徑，降低了窄煤柱及鄰側131306風巷所受應力。另因加固措施到位，切頂作用并未對131304工作面安全回采產生影響。

5 小結

深井窄煤柱大斷面臨空巷道切頂卸壓護巷技術原理科學合理，達到切斷頂板應力傳遞，促成臨空覆巖關鍵層及時平衡穩定、降低煤柱應力作用，并對被保護巷道起到切頂卸壓的作用。負角度爆破即達到切斷頂板效果，又可維護切頂巷道頂板穩定，同時減小被保護巷道壓力，減少變形量，使作用在煤柱上的壓力產生擴散效應，進一步降低了煤柱壓力。

對比分析切頂前后131304膠帶順槽、131306軌道順槽及窄煤柱受超前動壓及二次采動影響后變形變化，找出回采工作面二次采動影響對相鄰順槽的滯后影響距離及周期。

參考文獻

[1]何滿潮，陳上元，郭志飚等.切頂卸壓沿空留巷圍巖結構控制及其工程應用.[J].中國礦業大學學報，2000（8）：80-337.

[2]何滿潮，馬資敏，郭志飚等.深部中厚煤層切頂留巷關鍵技術參數研究[J].中國礦業大學學報，2000（8）：80-337.

作者簡介：劉祥林（1980-），男，安徽蚌埠人，采礦工程師，2006年畢業于安徽理工大學，主要從事煤礦生產技術管理工作。Tel：18655495963，E-mail：3354887584@qq.com