切頂爆破卸壓護巷技術在沿空留巷中的應用研究

石 強

(潞安化工集團有限公司 高河能源，山西 長治 046000)

沿空留巷無煤柱開采能夠提高煤炭資源回收率、緩解礦井采掘銜接緊張局面，目前已被廣泛應用[1-3]。切頂爆破卸壓能夠有效緩解留巷壓力，在進行沿空留巷時，結合不同的開采地質參數選擇合理的爆破參數，是實現成功留巷的關鍵[4-6]。

1 工程概況

1.1 工作面情況

高河能源W3305工作面為西三盤區工作面，南北均為未采區，東面接+450 m水平北翼大巷，西面為礦界。W3305工作面采用“三進一回”布置，膠帶巷長2 777 m，進風巷長2 727 m，與高抽巷間隔35 m，輔運巷長2 780 m，W3305工作面回風巷長2 830 m.W3305工作面長度320 m，第一切眼可采長度960 m，第二切眼可采長度1 461 m，工作面巷道均沿底留頂煤掘進。W3305工作面開采3號煤層，煤厚5.25～8.4 m，平均厚度6.83 m，埋深427～537 m.直接頂為泥質粉砂巖，厚度2.2～4.22 m；老頂為細砂巖-中粒砂巖，厚度16.4～20.6 m；直接底為泥質粉砂巖，厚度0.95～3.05 m；老底為砂質泥巖-粉砂巖-細砂巖，厚度8.9～24.2 m.W3305工作面采綜放工作面，采高采高3.5±0.1 m，放煤高度3.33 m，采放比1∶0.95.W3305工作面布置見圖1.

圖1 W3305工作面布置示意

1.2 沿空留巷頂板管理

W3305工作面采用“三進一回”通風布置方式，為了加強工作面的通風管理，防止上隅角瓦斯超標，確保工作面正常回采，同時減少巷道掘進工程量，提升煤炭資源回收率，需要在進風巷采空區段采用柔模混凝土墻支護技術進行沿空留巷。在進行沿空留巷過程的前期未進行切頂卸壓，由于厚硬關鍵層回轉壓力大、底板膨脹性泥巖等原因，工作面礦壓顯現劇烈，留巷巷道圍巖變形較大，留巷巷道平均幫鼓量600～1 000 mm，平均底鼓量1 000～2 000 mm；部分柔模墻體發生傾斜，導致留巷支護系統失效，頂板管理存在重大安全隱患。

2 切頂爆破卸壓技術參數優化

2.1 切頂爆破技術參數

為減小頂板厚硬關鍵層破斷回轉對巷道頂煤的擠壓，減少巷道圍巖變形，在W3305工作面輔助進風巷回采側肩角布置1排炮孔，對巷道頂板進行切頂卸壓。為確定合理的切頂爆破技術參數，設計2種爆破鉆孔布置及裝藥方式進行對比分析。具體參數為：①方案一：爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距1 m，孔深21 m，其中裝藥13 m，封炮泥8 m，線裝藥密度為1.0 kg/m3；②方案二：爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距0.9 m，孔深18 m，其中裝藥12 m，封炮泥6 m.炮孔布置方案如圖2所示。

圖2 切頂爆破孔布置圖(mm)

2.2 預裂切頂爆破窺視分析

W3305工作面進風巷共進行了65組，324個炮孔。方案一共計施工119個爆破孔，方案二施工205個爆破孔，共使用炸藥3 531.6 kg，導爆索3 838 m，雷管644個，聚能管3 648 m.方案一選取10號、15號和16號措施孔進行窺視，方案二選取29號、38號和39號措施孔進行窺視，分析爆破效果。窺視結果如圖3所示。

6個措施孔窺視結果如下：

1) 10號措施孔距離當班工作面約11 m，窺視時在11 m處發生塌孔，無法再進行窺視。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段2 m之后就產生了裂縫，但是只有局部斷斷續續產生，沒有形成連續裂縫。從裝藥段8 m處開始到塌孔11 m處，開始產生連續裂縫，最長連續裂縫約1.1 m.10號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上。

2) 15號措施孔距離當班工作面約18 m，窺視時在19 m處發生塌孔。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段6 m處產生局部裂縫，長度約0.4 m，從裝藥段9 m處開始到塌孔19 m處產生明顯連續性裂縫，最長段從9 m處開始到12.5 m處有明顯連續性裂縫，從13 m到19 m塌孔處也有明顯連續性裂縫，此段裂縫連續長度較短。15號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上。

3) 16號措施孔距離當班工作面約25 m，窺視21 m.從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段沒有產生局部裂縫，從裝藥段8 m處開始到孔底21 m處產生明顯連續性裂縫，8～9.2 m處有裂縫，最長段從10 m處開始到15 m處有明顯連續性裂縫，從16.5 m到21 m孔底處也有較短的連續性裂縫。16號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上。

4) 29號措施孔距離當班工作面約98 m，窺視18 m.從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段沒有產生裂縫，局部有巖石破碎現象，從裝藥段6 m處開始到孔底18 m處產生局部不連續裂縫，切縫生成長度占裝藥長度50%以上。相較于未優化前預裂切頂爆破后窺視措施孔情況，切縫生成長度明顯大幅度增加，措施孔內裂隙生成寬度明顯增加。說明優化后預裂切頂爆破效果是符合優化設計要求的。

5) 38號措施孔窺視時在17 m處發生塌孔。從鉆孔窺視分析儀中可看出，在封孔段6 m處產生局部裂縫，長度約0.4 m，從裝藥段6 m處開始到塌孔17 m處產生明顯連續性裂縫，最長段從7 m處開始到12.5 m處有明顯連續性裂縫，從13 m到17 m塌孔處也有明顯連續性裂縫，此段裂縫連續長度較短。38號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上。

6) 39號措施孔窺視18 m.從窺視儀中可看出，在封孔段產生局部裂縫，裂縫長度0.9 m，且不連續；從裝藥段6 m處開始到孔底18 m處產生明顯連續性裂縫，最長段從9 m處開始到18 m處有明顯連續性裂縫。39號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上。

從6個措施孔內可以看出，預裂切頂爆破后在措施孔內均產生了明顯縱向裂縫，其中10號、15號、16號、38號、39號措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度70%以上，29措施孔內裂縫生成長度達裝藥長度50%以上。通過窺視的6個措施孔可以得出，目前在W3305切頂爆破所取爆破參數合理有效，而且在切頂預裂聚能爆破取得了較好的效果，基本達到了預期爆破效果。因此，為降低施工量和施工難度，選取方案二作為爆破鉆孔參數，爆破鉆孔距回采幫1 m，角度70°，間距0.9 m，孔深18 m，其中裝藥12 m，封炮泥6 m.

3 留巷圍巖變形情況分析

3.1 未切頂區域留巷圍巖變形情況

W3305工作面實施柔模沿空留巷后，對留巷圍巖變形進行觀測，未切頂區留巷圍巖表面位移如圖4所示。通過現場觀測可知，在工作面回采170 m范圍內，巷道變形量大，頂底距離縮近1 340 mm，兩幫距離縮近591 mm.其中，頂板下沉量總體不超過211 mm，總體上頂板下沉緩慢，變化量較小；底鼓量最大為1 129 mm；墻體移近量在測量范圍內總體變化量不超過190 mm；煤幫移近量總體上在401 mm范圍內波動。同時由于該區域未進行切頂卸壓，留巷巷道頂板破碎、完整性差，并且有多個柔模墻破損、鼓包。

圖4 未切頂區留巷圍巖表面位移圖

3.2 切頂區域留巷圍巖變形情況

對切頂卸壓區留巷圍巖表面位移進行觀測，如圖5所示。由圖5可知，在工作面回采170 m范圍內，頂底距離縮近小于1 100 mm，兩幫縮近小于250 mm.頂板下沉量總體不超過150 mm，底鼓量最大為950 mm，墻體移近量在測量范圍內總體變化量不超過150 mm，煤幫移近量總體上在100 mm范圍內波動。現場觀測可知，留巷巷道頂板完整，柔模墻體正常，未出現破碎、鼓包等現象。

圖5 切頂區留巷圍巖表面位移圖

3.3 對比分析

通過對切頂區域和未切頂區域留巷圍巖變形觀測分析可知，采用爆破切頂卸壓后，留巷巷道頂板完整，柔模墻體未出現破損、鼓包現象；留巷巷道圍巖表面位移有一定程度減小，頂底板縮近量減少約20%，兩幫縮近量減少約50%，其中煤幫側移近量減少75%.由此可見，切頂卸壓后有效減少了沿空留巷巷道內壓力和留巷斷面收縮量，保證了工作面的安全高效高產，為留巷復用創造了條件。

4 結 語

1) 采用鉆孔窺視對兩種不同參數鉆孔爆破的效果進行考察，通過對比措施孔內裂隙貫通長度，選擇了適宜的爆破鉆孔參數；并通過現場觀測爆破切頂前后沿空留巷圍巖變形量，分析了爆破切頂卸壓對沿空留巷的圍巖控制的作用。

2) 采用爆破切頂卸壓后，有效減少了沿空留巷巷道內壓力，留巷巷道頂板完整，柔模墻體未出現破損、鼓包現象，實現了礦井安全高效生產。