預(yù)裂切頂卸壓技術(shù)在王莊煤礦6212工作面的應(yīng)用

董亮亮

(潞安環(huán)能股份公司 王莊煤礦，山西 長治 046031)

1 工程概況

王莊煤礦經(jīng)過五十多年的開采，開采深度已達(dá)四百多米，進(jìn)入深部開采階段。工作面回采巷道普遍礦壓顯現(xiàn)明顯，圍巖變形大，支護(hù)困難，給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的隱患。

6212工作面與6208工作面相鄰，兩工作面之間留設(shè)5 m保護(hù)煤柱，如圖1。兩個工作面都已完成部分回采：6212工作面可回采長度850 m，已經(jīng)回采650 m，還剩200 m未回采；6208工作面可回采長度1 080 m，已經(jīng)回采800 m，還剩280 m未回采。6208工作面為示范工作面，6208工作面回風(fēng)巷受6212工作面采動影響，頂?shù)装遄畲笠平考s1 502 mm，兩幫最大移近量約2 087 mm，巷道變形收縮嚴(yán)重，維修工程量大，如圖2。為確保6208工作面回風(fēng)巷穩(wěn)定，決定在6212工作面回風(fēng)巷中進(jìn)行預(yù)裂切頂卸壓，在試驗期間6208工作面處于停采狀態(tài)，6212工作面繼續(xù)回采。

2 圍巖變形機(jī)理分析

6212工作面回采過程中，側(cè)向支承壓力和超前支承壓力與6208工作面?zhèn)认蛑С袎毫统爸С袎毫ο嗷クB加，導(dǎo)致支承壓力的分布范圍和峰值增大。凸出角處疊加支承壓力值最大，應(yīng)力集中系數(shù)可達(dá)5～6，因此在此段巷道圍巖變形最大。

1) 6208工作面和6212工作面回采間隔時間短，相鄰6208采空側(cè)頂板處于懸頂狀態(tài)，沒有觸矸接底，附加載荷大。

2) 煤柱寬度為5 m，受6208工作面和6212工作面兩次采動的影響，煤柱破碎，支撐力不足。

圖1 6212工作面平面布置

圖2 6208工作面回風(fēng)巷變形

3 預(yù)裂切頂卸壓圍巖控制原理及技術(shù)

3.1 預(yù)裂切頂卸壓圍巖控制原理

通過對圍巖變形分析可知，6212工作面采空區(qū)靠近6208回風(fēng)巷側(cè)頂板處于懸頂狀態(tài)，造成6208回風(fēng)巷圍巖應(yīng)力集中。通過對6212回風(fēng)巷切頂，釋放采空區(qū)頂板，使垮落頂板矸石充填采空區(qū)，支撐上覆巖層下降，從而減小6208回風(fēng)巷圍巖附加載荷。

3.2 預(yù)裂切頂卸壓技術(shù)方案

1) 超前支護(hù)。在施工炮孔前，需對6212回風(fēng)巷進(jìn)行超前支護(hù)?，F(xiàn)場采用“一梁三柱單體柱+π型梁”進(jìn)行支護(hù)，超前支護(hù)距離不小于50 m，棚距為800 mm。采用對穿錨索對煤柱幫進(jìn)行超前加固，錨索長度為6 m。

2) 炮孔參數(shù)及布置方式。如圖3所示，炮孔深度19 m，鉆孔直徑55 mm，炮孔傾角65°(鉆孔向6212采空區(qū)方向偏轉(zhuǎn)25°，即仰角為65°)。施工炮孔時從距離62上皮水倉口11 m處開始至6212工作面停采線為止，施工范圍共100 m。施工炮孔時距6212回風(fēng)巷外幫1m，共施工31個鉆孔，鉆孔間距3.3 m。

3) 藥卷參數(shù)及裝藥方式。炸藥選用三級煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為D35 mm×300 mm，導(dǎo)爆索直徑為5 mm。炮孔施工完成后，在炮孔中安裝PVC聚能管。聚能管內(nèi)徑46 mm，外徑50 mm；聚能管進(jìn)行對穿打孔，孔徑4 mm，間距為8 mm；聚能管安裝時使聚能縫沿巷道軸向。

炮孔裝藥系數(shù)0.55，炮泥系數(shù)0.45，裝藥長度為10.5 m，封孔長度為8.5 m。炮孔裝藥量每孔11.5 kg。裝藥時，先將導(dǎo)爆索與藥卷用透明膠帶粘在一起，粘貼過程中要保證藥卷與導(dǎo)爆索成直線，便于順利裝入聚能管。將藥卷粘貼夠10.5 m后開始裝入聚能管，聚能管由兩節(jié)4 m和一節(jié)2.5 m組成，每節(jié)聚能管之間要用專用接頭接牢固。

將炸藥全部裝入炮孔后開始封孔，封孔長度8.5 m，封孔采用專用炮土封孔，封孔要封嚴(yán)實。

4) 爆破方式。封孔完成后，采用雙雷管，雙導(dǎo)爆索引爆，電雷管采用礦用8號普通瞬發(fā)電雷管，導(dǎo)爆索采用礦用導(dǎo)爆索，引爆時每次引爆三個炮孔即每次引爆10 m，引爆完10 m后工作面開始回采，待工作面回采夠10 m后再進(jìn)行下一循環(huán)爆破，試驗區(qū)100 m分10次爆破。

圖3 預(yù)裂切頂炮孔布置

4 預(yù)裂切頂卸壓效果監(jiān)測

利用“十字交叉法”對巷道頂?shù)装寮皟蓭臀灰屏窟M(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 未切頂段6208工作面回風(fēng)巷變形觀測

由圖4可知：受6212工作面回采影響，相鄰6208工作面回風(fēng)巷頂?shù)装遄畲笠平繛? 502 mm，兩幫最大移近量為2 087 mm。巷道變形大，圍巖不穩(wěn)定。

圖5 切頂段6208工作面回風(fēng)巷變形觀測

由圖5可知：受6212工作面回采影響，同時6212工作面回風(fēng)巷進(jìn)行預(yù)裂切頂，6208工作面回風(fēng)巷頂?shù)装遄畲笠平繛?92 mm，兩幫最大移近量為898 mm。頂?shù)装迤骄平繙p小810 mm，減幅53.92%；兩幫平均移近量減小1 189 mm，減幅56.97%。巷道圍巖變形大幅減小，說明預(yù)裂切頂卸壓后，有效的控制了6208工作面回風(fēng)巷圍巖的變形。

5 結(jié) 語

回采巷道在工作面回采中不可避免受到采動影響，巷道圍巖內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力疊加，導(dǎo)致巷道圍巖變形量大，安全無法保證。王莊煤礦目前已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段，地應(yīng)力逐步增大，回采巷道圍巖應(yīng)力及變形量都將面臨增大趨勢。

通過對回采巷道進(jìn)行預(yù)裂切頂卸壓，可以有效降低圍巖應(yīng)力集中，改善圍巖受力情況，減少巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟?，確保巷道安全，對于王莊煤礦具有重要的現(xiàn)實意義。為以后相同或類似條件的礦井和工作面提供了借鑒。