特厚煤層切頂卸壓技術的應用

蔡燕偉

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西 呂梁 033602)

斜溝煤礦動壓送巷技術經過多條巷道的實際應用，雖然積累了一定的生產管理經驗，但為解決該礦采掘銜接緊張的局面，動壓送巷和孤島工作面回采在今后一段時間將成為一種常態，因此鄰近工作面回采過程中對已掘進巷道或正在掘進的巷道的動壓影響不可避免，若采用傳統方式進行回采會導致鄰近順槽巷道進行多次維修，巷道維修難度大且維修費用高，在此背景下，急需研究突破尋找一種新技術改變回采工作面礦壓規律，從而解決鄰近順槽巷道安全掘進的新技術，并從根本上改變該礦綜采或綜放工作面兩巷懸頂面積較大及工作面兩巷超前支護段壓力大的現狀。

1 工作面概況

1) 23107工作面概況。23107工作面位于二水平13#煤層21采區左翼，工作面西側為23105材料巷掘進工作面(已施工巷道)，東側為實煤區，上部為8#煤層18103、18105、18117采空區。材料巷布置在工作面東側，沿13#煤層底板布置，23107皮帶巷布置在工作面的西側，沿13#煤層頂板布置(兩巷采用錯層位巷道布置)。

23107工作面煤層厚度為12.1～16.08 m，平均厚度14.35 m，煤層傾角7.9°～9.6°，平均8.8°，基本頂為中細粒砂巖，平均厚度4.49 m，直接頂為泥巖，平均厚度5.36 m.

2) 23111工作面概況。23111工作面位于二水平13#煤層21采區左翼，工作面西側為23109材料巷掘進工作面(預動壓送巷巷道)，東部為23113采空區，工作面上部為8#煤層18101、18103、18105采空區。23111材料巷和23111皮帶巷均沿13#煤底板布置(兩巷采用同一層位布置)。

23111工作面煤層厚度為14.9～15.34 m，平均厚度15.19 m，煤層傾角9.8°～12.5°，平均11.5°，基本頂為中粒砂巖，平均厚度3.37 m，直接頂為泥巖，平均厚度1.29 m.

23107綜放工作面與23111綜放工作面布置方式見圖1.

2 切頂卸壓技術

1) 該礦在21采區23111皮帶巷預先試驗采用切頂卸壓技術。如果切頂技術效果明顯， 23109材料巷也改變原設計巷道布置方式將沿13#煤層底板進行掘進。兩工作面對比布置方式見圖1.從圖1可以看出，切頂卸壓減小錯層位保護煤柱寬度，提高煤炭回收率，降低巷道維護成本，解決動壓送巷壓力較大支護成本高和工作面兩巷懸頂面積大的問題。

圖1 23107與23111綜放工作面布置方式對比圖

2) 目前，國內切頂卸壓技術主要有：頂板高壓注水、頂板靜壓注水、淺孔循環式放頂、深孔預裂爆破。

a) 頂板高壓注水。

該方法在國內尚處于試驗階段，試驗過程中遇到的最大問題是注水壓力達不到要求，當高壓水遇到巖體中的裂縫或軟弱面時將迅速卸壓，對需要處理的堅硬頂板和頂煤無法進行壓裂。

b) 頂板靜壓注水。

該方法應用的前提必須是頂板巖石吸水性強，吸水后其強度明顯降低，且注水時間要求長。該礦21采區回采工作面頂板吸水性較差，且工作面圓班推進速度為8～9刀，推進距離達6～7 m，若使用此方法仍無法有效解決兩端頭懸頂面積過大，使頂板壓力較大對煤柱造成的影響，則影響工作面推進速度。

19世紀末，俄羅斯音樂達到了前所未有的高度，即使是現在，當我們低頭緬懷前面所提及的音樂家們時，在內心深處卻會情不自禁地抬頭仰望他們高大的身影。當人類歷史進程走進20世紀的時候，一方面新古典主義宣稱要避開現實世界的紛擾，回到巴赫甚至是比巴赫更遠的年代，而另一方面，印象主義則躍躍欲試地另辟蹊徑，大膽改革創新，意欲創造一個全新的音樂理念和風格，并使自己成為繁榮百年的浪漫主義音樂的終結者。然而，無論是鼓噪一時的新古典主義，還是風靡一時的印象主義，都無法抵消浪漫主義音樂，特別是19世紀俄羅斯音樂在人類音樂文化史上的輝煌成就和深遠影響。

c) 淺孔循環式放頂。

該方法與工作面的生產相互干擾，工作面每推進1～2個循環就要停產進行打眼爆破，嚴重影響工作面推進速度。

d) 深孔預裂爆破。

該方法簡單易行，使用錨桿機打眼，火藥雷管用量充足，且打眼時間可以在工作面檢修時間進行，一次可以實現長距離切頂卸壓，滿足圓班生產要求，避免了切頂作業與生產作業的交叉進行，能夠有效對頂板進行預震動和增加裂隙寬度，解決懸頂面積大和兩巷壓力較大問題。

根據以上4種切頂卸壓技術的使用方法和技術條件，結合該礦實際情況并考慮節約成本，最終選定采用深孔預裂爆破切頂的方法。

3 切頂卸壓技術在實際中的應用

為避免23111工作面回采期間對相鄰23109工作面材料巷動壓送巷影響，造成相鄰23109材料巷二次維護，為此決定在23111工作面回采期間提前對23111皮帶巷采用深孔爆破方法進行切頂卸壓。

1) 炮眼布置。23111工作面皮帶巷炮眼從開切眼開始施工，炮眼從機頭端頭支架第二根立柱位置向推進方向施工，炮眼距保護煤柱幫400 mm施工一排眼，眼距800 mm.根據頂板巖性，炮眼深度分兩種：第一種炮眼深度為15～17 m(炮眼打入巖石頂板5 m)；第二種炮眼深度為10～12 m(炮眼打入煤與巖石交界面)，兩種炮眼交替布置，炮眼垂直頂板施工。其中穿入巖石的第一種炮眼安裝火藥深孔爆破，每次起爆2個炮眼，一次連線一次起爆。第二種炮眼用于爆破時切頂自由面，不進行安裝火藥。

23111工作面皮帶巷深孔爆破裝藥結構示意圖見圖2.

23111工作面皮帶巷深孔爆破炮眼布置圖見圖3.

圖2 23111工作面皮帶巷深孔爆破裝藥結構示意圖

圖3 23111工作面皮帶巷深孔爆破炮眼布置圖

2) 裝藥方法。首先在d40 mm×4 m的PVC管一端填實300 mm黃土，從另一端順序裝入14卷火藥、一卷爆破引藥和一卷水泡泥(在裝入爆破引藥時，首先將雷管腳線用炮線連接至19 m長，腳線連接處用防水膠布包裹嚴實)，最后將黃土裝入PVC管內，封泥封滿PVC管。PVC管內裝好火藥后，將PVC管整體穿入炮眼內，再用d36 mm×4 m的PVC管一節對接一節將裝好火藥的PVC管推入眼底，用力搗實，直至在抽出空PVC管，裝好火藥的PVC管不得下滑，最后再在炮眼口填實黃土達到封孔長度。

4 采用深孔預裂爆破后效果

1) 有效縮小了初次來壓步距和放煤步距，提高了初采期間煤炭回收率。

使用深孔爆破在23111綜放工作面推進75 m期間，工作面共發生初次來壓一次，周期來壓兩次，與已推進的23107綜放工作面對比發現，23111初次來壓步距比23107綜放工作面提前了11.1 m，初次放煤步距提前14 m，有效提高了初采初放期間煤炭的回收率。對此情況見表1.

2) 解決了兩巷懸頂面積大的問題，改善了兩巷礦山壓力較大局面。皮帶巷懸頂面積見表2.

表1 23107與23111初采初放期間對比表

表2 23107與23111皮帶巷端頭懸頂面積對比表

通過在周期來壓期間對23107皮帶巷與23111皮帶巷懸頂面積和超前段煤壁影響范圍觀察統計對比發現，皮帶巷端頭懸頂面積大的問題徹底得到了解決，超前維護斷鼓幫、片幫壓力顯現現象得到了控制。通過觀察采空區塌落情況和巖石斷裂情況并進行分析發現，爆破預裂效果顯著。

3) 經濟效益可觀。

改變了以往工作面錯層位布置巷道的方式，可以將以往保護煤柱的三角煤進行回收，增加煤炭回收率。

以23111皮帶巷與23109材料巷的錯層位布置巷道的方式為例，結合23101、23107、23112、23113綜放工作面實際回采時技術參數作為參考。23111工作面推進長度為2 413.5 m，13#煤容重為1.41 t/m3.根據以往的兩巷布置形式及機頭過渡段的距離，可計算出傳統巷道布置方式工作面丟失底三角煤的面積約為242.3 m2，采用深孔預裂爆破后，23109材料巷沿底板掘進預計可多回收的底煤量約為：242.3×2 413.5×1.41=82.46萬t，煤炭價格以每噸煤400元計算，可產生經濟效益3.3億元。

5 結 語

1) 深孔爆破切頂卸壓技術操作簡單，效果顯著，可以根據各自礦井實際情況尋找最佳爆破參數，并進行調整，以達到爆破效果。

2) 深孔爆破切頂卸壓技術的應用有效解決了采煤工作面銜接緊張和鄰近工作面不能及時開采的局面，避免了因壓力過大導致孤島工作面巷道維修費用高和動壓送巷支護費用高的現象。

3) 深孔爆破切頂卸壓技術為礦井日后工作面回采對大巷影響和保護煤柱的留設問題提出了新的要求，為煤炭資源回收率的提高提供了更可靠的技術保障。