切頂卸壓在窄煤柱臨空巷道護(hù)巷中的應(yīng)用

摘要：新集礦區(qū)相鄰工作面區(qū)段煤柱一般留設(shè)10m，受超前動(dòng)壓及工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ寞B加影響，區(qū)段煤柱和已掘巷道面臨礦壓顯現(xiàn)劇烈、變形嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重制約了工作面的安全高效生產(chǎn)。為此，礦通過超前工作面50～60米爆破預(yù)裂切頂卸壓技術(shù)，探索出科學(xué)有效且適應(yīng)于深井煤礦窄煤柱大斷面臨空巷道的護(hù)巷方法，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：切頂卸壓;窄煤柱;頂板;護(hù)巷

中圖分類號(hào)TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

1 工程概述

某礦1313采區(qū)為單翼布置，工作面為走向長(zhǎng)壁布置。因該礦其他采區(qū)未提前打開，導(dǎo)致工作面接續(xù)僅在1313采區(qū)和1311采區(qū)間接替，又因1311采區(qū)11煤平均厚度僅2m，無厚煤層進(jìn)行配采，直接影響礦井煤質(zhì)和產(chǎn)量，為解決短期產(chǎn)量和煤質(zhì)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(duì)機(jī)巷沿窄煤柱頂板進(jìn)行切頂，切斷采動(dòng)應(yīng)力對(duì)窄煤柱和131306風(fēng)巷影響，確保護(hù)巷成功，實(shí)現(xiàn)相鄰工作面接替。

2 切頂護(hù)巷技術(shù)原理

131304機(jī)巷屬于典型的窄煤柱切頂護(hù)巷，通過切頂降低處于煤柱及鄰側(cè)巷道上方的應(yīng)力集中程度，從而保證圍巖結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。頂板未進(jìn)行切頂卸壓時(shí)，由于區(qū)段煤柱的支撐作用，弧形三角區(qū)直接頂及基本頂高度方位內(nèi)易形成長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，支撐壓力峰值作用在窄煤柱及另一側(cè)巷道上方，使得區(qū)段窄煤柱及鄰側(cè)巷道的作用應(yīng)力大，穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。

一是破壞巖層沿水平方向的應(yīng)力聯(lián)系，切斷窄煤柱上方的長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，將長(zhǎng)懸臂變?yōu)闊o懸臂，直接降低應(yīng)力作用程度。二是通過切頂破碎巖塊的碎脹作用，進(jìn)一步提高切頂高度范圍外基本頂大結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過鉸接結(jié)構(gòu)，為窄煤柱及鄰側(cè)巷道提供良好的應(yīng)力環(huán)境。三是向煤柱方向切頂，角度為負(fù)，煤柱頂部覆巖邊緣下寬上窄，形成了應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，更有利于降低應(yīng)力。

3 切頂護(hù)巷施工工藝

3.1 切縫鉆孔參數(shù)

通過試驗(yàn)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(jù)礦井破碎巖體的碎脹及相關(guān)理論計(jì)算，初步確定鉆孔眼深為13m。鉆孔布置在131304機(jī)巷煤柱側(cè)，距巷道設(shè)計(jì)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(shù)

通過多次爆破試驗(yàn)，利用深孔窺視儀觀測(cè)效果，最終確定最佳爆破參數(shù)，即鉆孔間距500mm（且<550mm），采用導(dǎo)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(jié)聚能管、17卷炸藥），封泥長(zhǎng)度4.6m，日循環(huán)爆破8個(gè)孔、長(zhǎng)度8m。頂板向上4m開始出現(xiàn)不同程度的裂縫、且未對(duì)131304膠帶順槽原支護(hù)產(chǎn)生破壞及影響。

3.3 切頂爆破超前距

起初切頂爆破試驗(yàn)階段，起始切頂位置為超前131304工作面50～60m，結(jié)合以上初步確定的切縫鉆孔布置間距和裝藥方案，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，切頂爆破未對(duì)131304機(jī)巷頂幫產(chǎn)生明顯爆轟影響，結(jié)合深孔窺視孔內(nèi)爆破裂紋分布，頂板爆破預(yù)裂狀態(tài)達(dá)到完全切頂?shù)?0%效果，在一定程度上未對(duì)131304機(jī)巷及下幫區(qū)段煤柱頂板產(chǎn)生完全破壞，但隨工作面推進(jìn)，受超前動(dòng)壓及切頂卸壓影響，巷道肩窩出現(xiàn)墜兜、下幫煤柱有輕微鼓幫現(xiàn)象，但不明顯，為保證安全回采，下端頭使用一梁三柱托棚進(jìn)行加固。當(dāng)切頂位置進(jìn)入工作面采空區(qū)，受回采壓力影響，頂板隨回采即垮落。考慮到雙重應(yīng)力疊加影響，并結(jié)合工作面推進(jìn)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(jiān)測(cè)分析

切頂卸壓實(shí)施前后，在131304膠帶順槽切頂施工起點(diǎn)300m范圍及131306軌道順槽600m向里已布置臨時(shí)位移點(diǎn)，加強(qiáng)切頂施工前后礦壓監(jiān)測(cè)對(duì)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(jìn)入，數(shù)據(jù)未觀測(cè)。

根據(jù)工作面推進(jìn)度，通過曲線圖分析超前工作面相同距離、不同位移點(diǎn)、不同時(shí)間觀測(cè)數(shù)據(jù)最大值形成以上圖表，由此可知：

（1）距工作面0-40m范圍內(nèi)，切頂前后頂?shù)装搴蛢蓭臀灰屏孔兓厔?shì)相近。

（2）距工作面40-100m范圍內(nèi)，切頂后頂?shù)装逦灰扑俣葴p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(xiàn)趨于穩(wěn)定，主要為巷道本身壓力顯現(xiàn)，并非受采動(dòng)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(zhǎng)度不超過8m、滯垮面積不超過10m2（切頂前滯垮長(zhǎng)度約為30m、滯垮面積一般>10m2），基本實(shí)現(xiàn)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(yīng)力作用環(huán)境，切斷了頂板的應(yīng)力傳播途徑，降低了窄煤柱及鄰側(cè)131306風(fēng)巷所受應(yīng)力。另因加固措施到位，切頂作用并未對(duì)131304工作面安全回采產(chǎn)生影響。

5 小結(jié)

深井窄煤柱大斷面臨空巷道切頂卸壓護(hù)巷技術(shù)原理科學(xué)合理，達(dá)到切斷頂板應(yīng)力傳遞，促成臨空覆巖關(guān)鍵層及時(shí)平衡穩(wěn)定、降低煤柱應(yīng)力作用，并對(duì)被保護(hù)巷道起到切頂卸壓的作用。負(fù)角度爆破即達(dá)到切斷頂板效果，又可維護(hù)切頂巷道頂板穩(wěn)定，同時(shí)減小被保護(hù)巷道壓力，減少變形量，使作用在煤柱上的壓力產(chǎn)生擴(kuò)散效應(yīng)，進(jìn)一步降低了煤柱壓力。

對(duì)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(dòng)壓及二次采動(dòng)影響后變形變化，找出回采工作面二次采動(dòng)影響對(duì)相鄰順槽的滯后影響距離及周期。

參考文獻(xiàn)

[1]何滿潮，陳上元，郭志飚等.切頂卸壓沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)控制及其工程應(yīng)用.[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（8）：80-337.

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