高應(yīng)力堅(jiān)硬頂板條件下綜采工作面回撤階段切頂技術(shù)

王 劍 ，張彩翔

(1.潞安化工集團(tuán)能源事業(yè)部 生產(chǎn)部，山西 長治 046204；2. 潞安化工集團(tuán) 設(shè)備租賃管理中心，山西 長治 046204)

潞寧煤業(yè)22115工作面為二二采區(qū)下山巷道東側(cè)布置的第三個(gè)工作面，已開采的22111、22113等工作面采動(dòng)影響造成鄰近的采區(qū)下山巷道頂板下沉、幫部片幫，礦井多次組織下山巷道維修，迫切需要采取相關(guān)技術(shù)措施減少工作面采動(dòng)對(duì)下山巷道的影響。結(jié)合潞寧煤礦頂板堅(jiān)硬的地質(zhì)條件，提出在22115綜采面回撤階段采用切頂卸壓技術(shù)，切斷工作面采動(dòng)壓力向下山巷道的傳導(dǎo)，降低保安煤柱和下山巷道圍巖的壓力，控制圍巖變形，減少巷道返修成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 22115工作面概況

22115工作面開采煤層平均厚度4.3 m。工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度1 240 m，底板標(biāo)高1 020～1 044 m，地面標(biāo)高1 458～1 607 m，埋深400 m左右。工作面區(qū)域地層整體為南東向傾斜的單斜構(gòu)造，煤層傾角為11°。直接頂為泥巖、粉砂巖，老頂為中細(xì)粒砂巖，屬堅(jiān)硬頂板。設(shè)計(jì)22115工作面與最近的回風(fēng)下山巷道之間的保護(hù)煤柱約70 m。

2 22115工作面回撤階段切頂卸壓技術(shù)方案

設(shè)計(jì)對(duì)22115工作面堅(jiān)硬頂板采用深孔定向預(yù)裂爆破的方式進(jìn)行切頂卸壓。工作面準(zhǔn)備回撤前采用定向爆破切頂技術(shù)，對(duì)回撤通道正幫側(cè)頂板采取定向預(yù)裂，切斷回撤通道上方老頂。待工作面回撤結(jié)束后，在礦壓作用下，頂板將沿預(yù)裂切縫自動(dòng)切落，縮短了采空區(qū)側(cè)頂板懸臂梁的長度，減弱采空區(qū)來壓強(qiáng)度，達(dá)到保護(hù)鄰近大巷的作用。

2.1 22115切頂卸壓孔布置方式

1) 切頂卸壓孔布置。根據(jù)地面鉆孔煤層柱狀圖及工作面的頂板巖性窺視資料綜合分析，煤層上方直接頂為厚度12 m的泥巖、粉砂巖，老頂為13 m灰白色中細(xì)粒砂巖。只要將該范圍的頂板巖體切斷即可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤柱的卸壓。因此頂板爆破孔孔深定為26 m(根據(jù)工作面傾角情況，按15°傾角運(yùn)巷方向偏斜施工，則垂直高度約25 m)。

22115切頂卸壓鉆孔采用ZLJ-650型煤礦用坑道鉆機(jī)施工，鉆機(jī)配套采用三翼金剛鉆頭直徑為65 mm，鉆桿直徑為42 mm。在切眼內(nèi)距離運(yùn)巷4 m處開始布置第一個(gè)孔，沿回撤通道距離煤壁500 mm處打預(yù)裂爆破孔，爆破孔間距10 m。如圖1所示，從運(yùn)巷向風(fēng)巷風(fēng)巷方向依次施工鉆孔，第一個(gè)孔作為導(dǎo)向觀測孔，垂直頂板打孔，從第二個(gè)孔開始偏向運(yùn)巷方向傾角75°打孔，爆破孔間距為10 m，按此間距進(jìn)行布置需要打孔約23個(gè)，具體打孔爆破參數(shù)見表1。

圖1 爆破孔布置示意(m)

表1 單孔預(yù)裂爆破參數(shù)

2) 爆破工藝。切頂卸壓要求對(duì)爆破層位進(jìn)行精準(zhǔn)爆破，保障切斷的頂板整齊斷裂，普通爆破技術(shù)難以達(dá)到效果。結(jié)合國內(nèi)相關(guān)爆破技術(shù)，設(shè)計(jì)采用聚能藥包定向斷裂爆破技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆破裂紋的精準(zhǔn)控制，保障爆破層位的有效切斷。

定向預(yù)裂爆破的關(guān)鍵裝置為聚能管，是一種用于聚能爆破的阻燃抗靜電塑料套管，套管管體沿軸線方向180°兩側(cè)開槽，實(shí)現(xiàn)雙向聚能，聚能爆破管直徑為50 mm，壁厚1.5 mm，每段2 m，180°對(duì)穿打孔，孔徑為8 mm，間距30 mm，見圖2。將乳化炸藥裝入聚能管中。每個(gè)炮孔需要安裝9節(jié)聚能管，一節(jié)連接另一節(jié)順序裝入炮孔，管與管之間使用快速接頭連接并用螺絲固定，確保聚能管間捆扎牢固，可靠傳爆炸藥。

圖2 聚能管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

采用導(dǎo)爆索多點(diǎn)起爆聚能藥包，每5個(gè)炮孔為一組，在每組5個(gè)炮孔內(nèi)依次裝入5 個(gè)段位的毫秒延期電雷管。裝藥放炮時(shí)，依預(yù)裂爆破孔順序進(jìn)行放炮，1號(hào)孔(導(dǎo)向孔)作為觀測孔不進(jìn)行裝藥放炮。先放2～6號(hào)預(yù)裂爆破孔，根據(jù)爆破效果，對(duì)下一組爆破孔的具體參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，一組炮孔放炮結(jié)束后，回撤支架。

2.2 礦壓監(jiān)測

在22115工作面緊鄰的二二采區(qū)回風(fēng)下山巷道布置綜合測站進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測，綜合測站每間隔30 m設(shè)置一組，沿回風(fēng)下山巷道超過工作面長度各向兩端延長約100 m，共計(jì)布置14組測點(diǎn)。在綜合測站通過安裝錨桿(錨索)測力計(jì)，對(duì)錨桿工作阻力情況進(jìn)行測定，同時(shí)按照要求安設(shè)表面位移觀測測點(diǎn)對(duì)巷道的收斂情況進(jìn)行監(jiān)測。通過一年多的巷道位移監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)回風(fēng)下山巷道變形量小，未出現(xiàn)明顯底鼓或巷道變形；通過錨桿(索)測力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，錨桿、錨索受力無明顯增長，工作阻力正常。大巷總體變形可控，無需對(duì)巷道進(jìn)行維修、維護(hù)。

圖3 監(jiān)測回風(fēng)下山巷道變形量

綜上所述，采用工作面回撤階段切頂卸壓技術(shù)，有效減少了大巷受采動(dòng)的影響程度，下山巷道的變形得到了有效控制，避免了大范圍的巷道返修，實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)，在其他同等條件下的礦井中值得推廣。