預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷技術(shù)應(yīng)用

董 凱

（山西晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

在我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，社會(huì)對(duì)煤炭這種基礎(chǔ)能源的需求持續(xù)增加，為保證煤炭資源采出率的提升、礦井服役年限的延長、煤巷掘進(jìn)工程量的降低、采掘接替矛盾的緩解及搬家時(shí)間的縮短，沿空留巷技術(shù)在煤企中的應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)沿空留巷施工方案不同時(shí)，所遇到的施工難題也不盡相同，沿空留巷施工期間也會(huì)頻繁出現(xiàn)圍巖松軟、煤巷支護(hù)困難等問題。為有效應(yīng)對(duì)以上問題，提升煤礦安全生產(chǎn)效率，煤礦企業(yè)紛紛采取水力切頂、優(yōu)化柔模混凝土設(shè)計(jì)等方式改善煤巷支護(hù)、維護(hù)巷道穩(wěn)定。

1 工程概況

2207綜放工作面地面位置位于青洼煤業(yè)炸藥庫以東，工作面范圍內(nèi)上部地表為丘陵地帶，多為山地，植被覆蓋，地形簡單，工作面地表無河流通過，其余無村莊、鐵路、公路等需保護(hù)的構(gòu)筑物。2207綜放工作面位于二采區(qū)東南部，地面標(biāo)高+1165.8～+1275m，井下標(biāo)高+979～+1041m，蓋山厚度+123.782～+287.042m。井下相鄰2206工作面（未掘）以東，二采區(qū)運(yùn)輸巷（已掘）以南，青洼煤業(yè)東礦界以西，原青洼煤業(yè)老三采區(qū)（已采）以北。工作面停采線距二采區(qū)運(yùn)輸巷最短距離為50m。

本工作面開采煤層為2#煤層，呈釉黑色，似金屬光澤，性脆，硬度一般，比重1.43t/m3，貝殼狀斷口，裂隙發(fā)育，以鏡煤、亮煤為主，暗煤、絲炭次之。在煤層中呈凸鏡體或不規(guī)則薄層。屬半亮型—半暗型煤。該工作面煤層煤質(zhì)較軟，煤層中夾0～1層夾矸，夾矸厚度為0.2～0.3m；傾角為2.2°～6.9°，平均4.55°，煤層平均厚度為3.9m，穩(wěn)定可采。工作面老頂為厚3.25m泥巖，直接頂為厚4.43m粉砂巖，直接底為厚1.5m泥巖，老底為厚7.0m粉砂巖。本工作面受S1向斜影響，煤層傾角呈較大變化，局部裂隙及節(jié)理發(fā)育，必須采取相應(yīng)頂幫管理措施，保證安全生產(chǎn)。

2 技術(shù)原理

回采工作面后，在短臂梁的影響下采空區(qū)周圍巖層及煤柱上方因無法及時(shí)垮落而出現(xiàn)懸頂，通過爆破切頂卸壓技術(shù)，可在預(yù)裂切縫線上進(jìn)行炮眼施工，并通過雙向聚能裝藥裝置的應(yīng)用，充分利用炮孔周圍巖層在特定方向自由面受壓應(yīng)力以及非特定方向自由面手拉應(yīng)力，在切縫線上形成預(yù)裂面，避免發(fā)生懸頂回轉(zhuǎn)，延緩垮落時(shí)間，提前釋放應(yīng)力，起到阻礙采空側(cè)塑性區(qū)持續(xù)擴(kuò)大、切斷頂板應(yīng)力傳遞[1]的作用，減弱頂板壓力、保護(hù)煤巷。2207綜放工作面預(yù)裂爆破卸壓施工斷面詳見圖1。

圖1 爆破預(yù)裂卸壓施工斷面示意圖

通過聚能管集中爆轟沖擊波技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)波向槽縫兩側(cè)傳遞的目的，強(qiáng)烈的沖擊力作用于孔壁后將在孔壁上形成初始裂隙；在聚能管的集中作用下，管道兩側(cè)孔壁受力更為集中，并會(huì)形成更長的初始裂隙，此后，沖擊波逐漸衰減，并成為應(yīng)力波后與爆生氣體一起向初始裂隙施加準(zhǔn)靜壓作用，裂隙會(huì)因此而不斷向兩側(cè)深處擴(kuò)展，從而在兩側(cè)巖層結(jié)構(gòu)中形成貫穿型裂隙[2]。青洼煤業(yè)2207綜放工作面預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷施工過程中，全部炮孔同時(shí)起爆時(shí)爆生氣體所產(chǎn)生的準(zhǔn)靜力場(chǎng)必將發(fā)生疊加，大大增強(qiáng)炮孔之間的張拉作用，在圍巖巖層抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出抗拉強(qiáng)度的作用下，裂紋更為快速地?cái)U(kuò)展；在相鄰炮孔間距適宜的情況下，裂縫將快速貫通后形成較為光滑的斷裂面。

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

切頂及周期來壓過程中煤巷的穩(wěn)定性較難保證，為此在進(jìn)行該綜放工作面頂板預(yù)裂切頂施工前，必須進(jìn)行恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)。具體而言，應(yīng)與頂板垂直布置兩列恒阻錨索，錨索直徑21.8mm，長12.3m；恒阻器外徑88mm，長500mm，設(shè)計(jì)恒阻值330±20kN，預(yù)緊力不小于280kN。第一列錨索排距1600mm，與留巷幫距離300mm，通過BHW-300-3.60型W鋼帶進(jìn)行錨索間連接；第二列錨索排距1600mm，與第一列錨索距離500mm。

3.2 動(dòng)壓加強(qiáng)輔助支護(hù)

沿空留巷過程中，順槽頂板的穩(wěn)定性將受到綜放工作面開采動(dòng)壓的不利影響，為此必須加強(qiáng)煤巷臨時(shí)支護(hù)。結(jié)合類似礦井開采經(jīng)驗(yàn)及本礦井地質(zhì)情況，將超前工作面30m以內(nèi)的區(qū)域設(shè)置為超前支護(hù)區(qū)，液壓支架以后150m以內(nèi)的區(qū)域設(shè)定為架后支護(hù)區(qū)，液壓支架以后150m以外的區(qū)域則設(shè)置為穩(wěn)定區(qū)。在以上三個(gè)區(qū)域分別采取有效的單體液壓支柱臨時(shí)支護(hù)措施。

3.3 預(yù)裂爆破

結(jié)合2207綜放工作面頂板圍巖結(jié)構(gòu)，針對(duì)其煤巷沿空側(cè)頂板，進(jìn)行走向頂板中深孔超前切縫、傾向頂板超前深孔預(yù)裂卸壓切頂。

聚能管裝藥爆破方式下切縫方向巖石集中受力，且沿預(yù)定方向斷裂，能起到頂板保護(hù)和預(yù)裂的作用。其中，通過應(yīng)用雙向聚能管進(jìn)行頂板爆破后，所產(chǎn)生的深處裂縫能向上延伸至垂直高度最大值，結(jié)合預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷技術(shù)原理，頂板能不能根據(jù)設(shè)計(jì)深度、借助巖石碎漲作用將采空區(qū)填實(shí)，關(guān)系著空留巷圍巖形變的嚴(yán)重程度。與此同時(shí)，切縫炮孔豎直向和軸向的夾角即為切頂角度，必須使炮孔兩側(cè)巖塊構(gòu)成鉸接結(jié)構(gòu)、傳遞壓力，頂梁才能順利地沿切縫面滑落[3]。

考慮到2207綜放工作面頂板質(zhì)硬，必須通過超前深孔爆破、增大深部裂隙半徑等方式，才能在頂板來壓過程中沿裂隙區(qū)順利斷裂，使留巷區(qū)頂板水平壓力值有效減弱。沿膠帶順槽按照20m的間隔設(shè)置傾向切斷孔，布孔方式采用扇形方式，三個(gè)孔構(gòu)成一組炮孔。預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷鉆孔參數(shù)具體如表1所示。

表1 預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

綜上所述，預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷技術(shù)在青洼煤業(yè)2207綜放工作面的成功應(yīng)用為該技術(shù)在煤炭企業(yè)中的推廣提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。預(yù)裂爆破切頂卸壓沿空留巷期間，通過本文提到的聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式的應(yīng)用，該綜放工作面煤巷圍巖變形得到有效控制，并有效緩解了采掘銜接緊張的局面，避免了常規(guī)留設(shè)煤柱做法下對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)，使礦井服役年限延長，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。