深孔爆破切頂卸壓護巷技術在迎采動掘巷中的應用

趙樹豐

（西山煤電呂梁德威公司，山西 太原 030022）

在井下生產過程中，當鄰近回采工作面需要開掘巷道時，此掘進巷道會受到相鄰回采工作面回采動壓作用。當回采工作面與掘進工作面交鋒時，此時掘進巷道受到采掘應力疊加作用，極易導致巷道產生大變形，影響正常使用，不得不進行二次返修[1-2]。為解決回采工作面隅角懸頂問題及采動應力對掘巷的影響，保障礦井正常接替和安全生產，探索采用深孔爆破切頂護巷技術。

1 工程概況

22610 工作面位于中六采區東南部，東北側為22608 采空區，西南側及東南側均為未采區，蓋山厚度300～652 m，平均476 m。工作面頂底板情況見表1。

表1 22610 工作面頂底板情況

受采掘接替緊張影響，相鄰同時掘送22612 工作面副巷，如圖1。

圖1 22612 迎采動面掘進平面布置圖

2 工作面采空區側向煤體內支承壓力理論分析

22610 工作面采空區采用自然垮落法，隨著工作面回采，由基本頂構成的各關鍵層會依次離層、斷裂、回轉，并達到動態平衡，形成砌體梁結構。根據基本頂的斷裂位置，可以將煤層上覆巖層分為兩部分，如圖2[3]所示。

圖2 工作面開采后側向關鍵層組破斷情況

根據斷裂線，其煤層上部應力可分開討論。斷裂線以下應力模型如圖3 所示，可認為是煤層上部巖層重量沿斷裂角重量的垂直分量；斷裂線以上的應力模型如圖4，由基本頂破斷塊在采空區側向煤體上應力增量Δσi提供，呈等腰三角形OEC 分布，作用點E 為基本頂相對應斷裂線中點。

圖3 斷裂線以下上覆巖層自重應力模型

可以看出，斷裂線以下的自重載荷由頂板巖性決定，與回采工藝無關，而斷裂線以上的關鍵層組載荷與關鍵層長度L有直接關系。正常回采后，由于該工作面基本頂較硬，難以斷裂，導致煤柱應力較大，若能采取措施將關鍵層組進行預裂切斷，減少其長度L，則煤柱所受應力會大幅減少，其變形相應也會容易控制。

圖4 斷裂線以上斷塊應力增量模型

3 深孔爆破切頂卸壓護巷技術

基于以上理論分析，提出采用深孔爆破技術對回采巷道頂板進行切頂，以使回采巷道基本頂形成大量橫貫裂隙，在支承應力的作用下及時斷裂，既改善了煤柱應力環境，又對該工作面隅角懸頂控制起到了有效作用[4]。

3.1 方案參數設計

為維護副巷順槽頂板安全，且要達到切頂效果，設計炮孔穿透直接頂、基本頂到砂質泥巖頂段1 m以上。炮孔沿副巷順槽從控制臺外進行打眼，炮孔打設在風水管幫距保險幫0.5 m（保護電纜線），炮孔方向與頂底板垂直線夾角為20°，偏向保險幫，炮孔斜長深度為22 m，孔徑為Φ65 mm，共需布置100 個炮孔。在爆破預裂時，封孔段長度超過泥巖段，到達22610 和22612 預留煤柱頂板內。

裝藥量：本次全部采用Ф50 mm 爆破筒，每米裝藥量約1.4 kg，1 個炮孔共計約19.6 kg 炸藥。

封孔要求：炮孔封孔長度不低于7 m，采用專用炮泥袋封孔。每個孔內雷管2 發。炮孔深度及裝藥量具體參數見表2。

3.2 深孔爆破切頂卸壓施工工藝

（1）打孔。根據爆破炮孔參數表要求施工鉆孔，炮孔內徑為Φ65 mm，根據爆破范圍計算確定各炮孔間距3 m。

（2）裝藥。裝藥采用特質凹槽爆破筒填裝，先把炸藥裝入爆破筒中，再將爆破筒送至孔底。

（3）封孔。封孔采用深孔爆破專用的黃土封泥袋，可加入適量干水泥，用專用炮棍將封泥袋封實孔口。

（4）連線。孔與孔之間采用串聯連接方式，視現場情況，一次可同時起爆3～5 個炮孔。

表2 爆破炮孔參數表

4 工程應用效果

該項技術在22610 工作面共施工300 m，布置100 個炮孔。根據爆破后現場觀測情況，巷道頂板基本完好，頂底板移近量僅為0～50 mm，支架后落山垮落充分，無懸頂產生。通過工作面相鄰巷道礦壓觀測，變形量均在使用要求范圍之內，整體工程達到設計效果，可在類似工作面條件下推廣使用。

5 結論

（1）對采煤工作面采空區側煤柱支承應力進行了分析，其應力由自重載荷和頂板關鍵層的應力增量組成。

（2）通過采用深孔爆破技術，可有效在回采巷道上部基本頂形成大量橫貫裂隙，在支承應力的作用下及時斷裂，既改善了煤柱應力環境，又對該工作面隅角懸頂控制起到了有效作用。