綜放工作面聚能爆破切頂卸壓護巷技術應用

于志慧

（山西西山煤電股份有限公司鎮城底礦，山西 古交 030203）

傳統的留設寬煤柱工作面開采方式造成了煤炭資源的浪費[1]，與現代化礦井工作面高強度開采要求不適應，因此提出了針對綜采工作面切頂卸壓技術，進行無煤柱開采技術研究[2]。目前無煤柱開采技術在許多礦井得到了廣泛的應用，但切頂卸壓后巷道易發生失穩，破壞嚴重。因此，針對切頂卸壓技術參數的研究非常重要，對留巷的圍巖穩定有著決定性的影響。朱珍建立了切頂卸壓后頂板下沉力學模型，給出了切頂高度和頂板下沉量之間的關系式[3]。為解決鎮城底礦28116工作面南一下組回風下山的穩定，現針對其工作面具體條件進行切頂卸壓研究。

1 工程概況

1.1 工作面概況

鎮城底礦位于西山煤田的西北邊緣，地處古交市西北鎮城底鎮。28116工作面開采8#煤層，直接頂為砂質泥巖、中砂巖、煤、泥質砂巖，煤層最大厚度4.25 m，最小厚度3.98 m，平均厚度4.1 m，采用綜采放頂煤采煤工藝，全部垮落法管理頂板。28116工作面頂底板巖性見表1。

表1 頂底板巖性情況

1.2 工作面具體條件

28116工作面2019年9月將回采完畢，回撤工作馬上就要開始，如采用傳統預留30 m保護煤柱的情況下，需要投入打通道的費用65萬元，且損失采區保護煤柱。而在28116工作面距南一下組回風下山10 m處有一條橫穿工作面的聯絡巷，見圖1。如將此聯絡巷作為回撤通道用于拆除支架、運輸機、采煤機等設備，節約打通道的投入且能夠提高工作面回收率，提高經濟效益。但是將此聯絡巷作為回撤通道，存在的一個非常嚴重的問題：28116聯絡巷距南一下組回風下山較近，南一下組回風下山受采動影響將會出現嚴重變形，巷道維修、維護都將非常困難。為解決這一問題，對工作面頂板進行定向聚能爆破切頂卸壓技術進行局部卸壓，保證沿空留巷的穩定性。

圖1 南一下組回風下山與28116工作面位置

2 切頂卸壓原理

傳統的工作面末端留設停采煤柱方式，會在采空區邊緣形成一定范圍的懸頂，此處底板巖層受停采線煤柱的支撐不會垮落。這種懸頂的存在，會給采空區側相鄰巷道產生較大的附加作用力，巷道靠采空區側頂板圍巖易發生下沉變形，甚至出現被壓垮的現象。

而工作面切頂卸壓技術就是針對上述巷道變形大提出來的，利用以上力學機理，當工作面推進到停采線位置時，采用定向爆破技術預裂頂板巖層，破壞此類懸臂梁結構，將采空區與相鄰巷道所在煤體圍巖徹底切割開，見圖2，這樣采空區側的頂板巖層就不會通過懸臂梁結構將力傳遞到相鄰巷道中，從而達到對相鄰巷道的保護作用[4-5]。

圖2 切頂卸壓前后頂板巖層受力

3 聚能爆破技術

設計準備將聚能爆破孔設置在砂質泥巖底部，即在距頂板9.0 m處以下設置為定向聚能爆破區域，進行頂板定向爆破。炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設定方向上均勻受壓，而在設定方向上集中受拉，從而實現被爆破體按照設定方向拉張斷裂成整體塊狀。

采用聚能爆破孔直徑為38 mm，定向聚能裝置采用直徑30 mm鋼管，設計聚能孔直徑為4 mm，聚能孔的孔間距（中心到中心）為8 mm。采用二級煤礦水膠炸藥，炸藥規格為Φ27 mm×400 mm。在工作面傾向長150 m，從28116工作面聯絡巷內開始軌道順槽口前10 m位置開始施工聚能爆破孔至皮帶順槽口后10 m位置為止，巷道總長度170 m。聚能爆破孔直徑38 mm，爆破孔深9000 mm，兩個聚能爆破孔之間間距取1000 mm，兩個聚能爆破孔之間設置一個深1200 mm輔助爆破孔。聚能爆破孔共170個，輔助孔169個。聚能爆破孔布置見圖3。

圖3 28116工作面聚能爆破孔布置

4 切頂卸壓現場效果分析

4.1 具體施工工序

（1）錨索補強支護： 在28116聯絡巷距保險幫2000 mm處巷道中心線位置采用錨索進行補強支護，錨索采用Φ17.8 mm×8500 mm錨索，間距2000 mm。

（2）切頂爆破孔施工：補強錨索施工結束并達到質量后，在回撤巷道內進行切頂爆破孔鉆孔施工。

（3）切頂預裂爆破：在回撤通道進行預裂爆破，形成切頂卸壓預裂切縫線。并在南一下組回風下山需加強支護段每50 m安裝一組頂板離層儀（共5組）觀測頂底板相對移近量，并設置測點采用十字測量法（共5個測點）測量南一下組回風下山頂底板及兩幫相對移近量。

4.2 巷道變形量監測

為檢驗此次研究的效果，在實施切頂卸壓后28116工作面距南一下組回風下山剩余50 m，將從切頂爆破卸壓后開始至工作面拆除1個月為效果觀測階段。此階段每天觀測一次頂板離層儀，并按十字測量法測量南一下組回風下山頂底板及兩幫相對移近量。觀測數據見圖4。

圖4 巷道變形量

從28116工作面距南一下組回風下山50 m開始進行觀測，共30天，從觀測數據上看，28116工作面回采距南一下組回風下山約30 m處開始，南一下組回風下山出現較明顯的頂板離層現象，頂底板相對移近量、兩幫相對移近量明顯增加，至第17天工作面回采結束，開始拆除支架后觀測數據趨于平穩，頂板最大離層高度97 mm，頂底板相對移近量最大140 mm，兩幫相對移近量最大106 mm。從數據分析結果看，南一下組回風下山巷道能夠正常使用。

5 經濟效益分析

利用28116聯絡巷作為工作面回撤通道，減少了打通道的投入65萬元，多回收了20 m煤柱，1.6萬噸原煤，以500元/噸的原煤價格折算共計800萬元，使用切頂卸壓技術投入300萬元，實現利潤565萬元。

切頂卸壓護巷技術減小了留設煤柱造成的資源浪費，提高資源回收率，減小巷維修工程量，有效降低巷道維護成本；降低工人勞動強度，避免臨近巷道出現冒頂、垮幫等事故的發生，是實現煤礦精細化開采的方向之一，能夠大大提高采區的回收率，能夠有效減少采掘比，減少礦井投入，有著顯著的社會、經濟和安全效益。

6 結語

針對鎮城底礦28116工作面切頂卸壓護巷技術等問題，分析了工作面切頂卸壓前后的受力分布，確定了聚能爆破技術參數及炮孔布置位置，針對28116聯絡巷處進行了錨索補強支護，最后進行了切頂卸壓，并針對南一下組回風下山頂底板及兩幫變形量進行了現場檢測，頂板最大離層高度97 mm，頂底板相對移近量最大140 mm，兩幫相對移近量最大106 mm，南一下組回風下山巷道能夠保證安全穩定。通過切頂卸壓技術，提高了資源回收率，為礦井帶來更大的經濟效益和安全效益。