綜采工作面末采期間切頂卸壓技術應用研究

梁 鑫

（山西焦煤集團介休正益煤業有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采面煤炭回采期間會產生超前支承壓力，超前支承壓力會隨著采面不斷前移，當開采煤層頂板為堅硬巖層時，超前支承壓力影響范圍及應力集中系數等均會明顯增加[1-2]。現階段煤礦井下綜采工作面多采用走向長臂后退式采煤方法，在采面回采末采期區（盤區）巷道會承受采動壓力影響，嚴重時導致采區巷道圍巖變形量大甚至出現圍巖失穩問題，為確保巷道安全使用需頻繁進行加固、修整[3-5]。山西某礦13 采區集中巷道由于受到13302 采面采動影響，加之巷道埋深大，導致13 采區集中巷道部分位置支護體系出現失效、變形嚴重等問題，因此，為確保13 采區集中巷道安全使用，提出在13302 采面末采收尾期間采用切頂卸壓技術，以降低采面末采對采區巷道影響。

1 工程概況

13302 綜采工作面為13 采區首采工作面，設計走向長度1 357 m、傾向斜長160 m，采面回采3 號煤層，煤層埋深均值650 m，設煤層厚度1.85～4.60 m、均值3.4 m，煤層局部夾雜有厚度0.8 m 炭質泥巖夾矸，煤層傾角均值10°。13302 綜采工作面設計開采高度為3.4 m，全部垮落法管理頂板。13302 綜采工作面回采范圍內，3#煤層受斷層、煤層層間滑動等影響，導致煤層厚度、傾向及走向等出現一定變化。依據回采巷道掘進揭露、鉆探及物探資料顯示，13302 綜采工作面停采線附近煤層上覆巖層以砂質泥巖、泥巖及中粗砂巖為主，直接頂為厚度4.3 m 泥巖、之上為厚度6.0 m 砂質泥巖，直接頂上10 m、43 m 有兩組厚度分別為10 m、14 m 的中粗砂巖。受煤層頂板堅硬影響，采面某采期間周期來壓步距大、采動壓力顯現明顯。

2 末采期間頂板切頂卸壓機理

在13302 綜采工作面末采期間，隨著采空區頂板懸空暴露面積不斷增加，采面后方采空區覆巖頂板冒落、彎曲下沉，采空區覆巖頂板從下到上依次會形成冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶。由于13302 綜采工作面回采的3 號煤層頂板較為堅硬、厚度大、承載能力強，導致基本頂無法完全垮落，直接頂冒落后無法完全充填采空區，導致覆巖重力向采空區四周擴散，從而在采空區四周形成采動壓力支承壓力帶，容易引起支架載荷增大、回采巷道礦壓顯現明顯或者煤壁片幫等問題[6-8]。采面末采期間，由于頂板堅硬、采動壓力影響范圍廣，導致采區巷道處于超前支承壓力影響范圍內，巷道圍巖在采動壓力擾動影響下出現流變、圍巖變形量大、支護體系失效等問題。為降低13302 綜采工作面采動壓力給采區巷道影響，提出在采面末采期間應用切頂卸壓技術，具體是在采面末采期間在采面回采巷道靠近停采線位置施工切頂卸壓鉆孔并進行深孔爆破，在煤層堅硬頂板中人為形成裂隙，提高頂板冒落性，以便減少采空區頂板懸空面積及超前支承壓力影響范圍、應力集中系數。

3 末采期間切頂卸壓技術應用

3.1 切頂卸壓鉆孔布置參數

依據13302 綜采工作面停采線附近頂板巖性情況、停采線與采區巷道間位置關系、液壓支回撤安全性、切頂卸壓實施難易程度等，提出布置的切頂卸壓鉆孔應切斷直接頂上覆2 層厚度分別為10 m、14 m的中粗砂巖，因此布置的切頂鉆孔高對在3 號煤層上覆10～57 m 范圍。

結合13302 綜采工作面現場施工條件，提出在采面上下順槽分別施工切頂卸壓鉆孔，分別在距離停采線10 m、22 m 位置進行切頂卸壓；受下順槽施工條件制約，因此下順槽僅施工一組切頂卸壓鉆孔（即距停采線18 m 位置實施），上順槽則施工2 組切頂卸壓鉆孔。切頂卸壓應至少超前采面300 m。具體采面上下順槽內切頂卸壓鉆孔布置技術參數見表1 所示。

表1 切頂卸壓鉆孔布置參數

3.2 裝藥及封孔

切頂卸壓鉆孔內裝入規格Φ63 mm 煤礦許用三級乳化炸藥，裝藥方式為正向裝藥。由于部分切頂卸壓鉆孔角度較大，為避免乳化炸藥下墜，需裝入防滑鋼絲后再裝炮頭。同時為避免鉆孔塌孔影響后續裝藥，先鉆進大傾角鉆孔，鉆進后進行沖孔。鉆孔均采用人工裝藥方式，一次裝藥深度控制在6 m 以內。切頂卸壓鉆孔采用黃泥封孔，首先在地面采用6 mm 細篩對黃泥進行篩分，后加水混入到封孔器中，封孔器采用井下壓風作為動力源進行封孔，采用封孔器將黃泥噴入到鉆孔中，封孔完成后即可進行爆破。

切頂鉆孔封孔工藝采用1 堵1 注，具體封孔步驟：

1）在切頂鉆孔中放入Φ16 mm 塑料軟管作為返漿管使用，若鉆孔傾角＞25°則與炮頭一起送入到鉆孔內，若鉆孔傾角在25°以內則返漿管獨立送至炮頭位置，在封孔期間應注意保護母線，避免母線出現纏繞。

2）在鉆孔孔口位置下方10 m、Φ16 mm 軟管作為注漿管使用。

3）在孔底炮頭下方及孔口處分別放入封孔囊袋。

3.3 現場應用效果

在軌道上山上按照50 m 間隔布置2 個測站，在13302 綜采工作面末采期間對軌道上山圍巖變形量進行持續監測，具體監測結果見圖1 所示。

圖1 軌道上山圍巖變形監測曲線

從圖1 監測曲線看出，隨著采面末采持續，當軌道上山處于13302 綜采工作面采動超前支承壓力影響范圍內時巷道圍巖開始變形；實施切頂卸壓技術后采面推進至切頂線位置后，由于切頂卸壓切斷了頂板應力傳遞路徑，軌道上山受采面回采影響逐漸減少，巷道圍巖變形速率明顯降低，后隨著時間增加，軌道上山圍巖變形逐漸趨于穩定。從軌道上山圍巖變形量變化趨勢來看，1 號測站獲取的頂底板、巷幫最大變形量分別為9.5 mm、7 mm；2 號測站獲取的頂底板、巷幫最大變形量分別為10.1 mm、7.9 mm。1 號及2 號測站監測得到的軌道上山變形量整體較小，表明在13302 綜采工作面末采期間實施的切頂卸壓技術后可有效降低采動壓力、采空區頂板垮落等對軌道上山圍巖變形影響，現場應用取得較好應用效果。

4 結語

切頂卸壓技術可切斷煤層頂板應力傳遞路徑，從而有效降低采動壓力對鄰近巷道影響。13302 綜采工作面在采面末采期間通過切頂卸壓技術應用，有效降低了采面超前支承壓力、采空區頂板垮落等對從采區軌道上山圍巖變形影響，在減少采區巷道圍巖變形、修復工程量等方面表現出顯著優勢。同時采面末采切頂卸壓技術應用，不僅可保證采區巷道圍巖穩定，而且可縮小采面保護煤柱寬度，進一步提高煤炭資源采收率。