切頂卸壓留巷技術在泰山隆安煤礦11301 工作面應用

張云天

（晉能控股煤業集團泰山隆安煤礦 ，山西 忻州 036603）

0 引 言

礦井開采過程中，一般兩個回采面之間會預留保護煤柱，以保證接續面正常回采，但預留煤柱會造成資源浪費，為解決該問題，近年來沿空留巷技術得到廣泛應用[1~2]。沿空留巷技術主要是通過保留原運輸巷或回風巷，并對其進行支護作為下一回采面的運輸巷道或者回風巷道，該技術的實施可以減少一個巷道的掘進，無須預留保護煤柱，但是實施過程中，如果回采面采空區垮落，由于巖層的連續性會導致預留巷道來壓過大，增大支護難度[3~6]。為解決該問題，本文運用切頂技術將預留巷道頂板和采面頂板上覆巖層進行分離，通過數值模擬和現場實施的方法進行了相關研究。研究結果顯示，切頂卸壓預留巷道技術的實施有效解決了泰山隆安煤礦11301 工作面沿空留巷應力過于集中的破壞問題。

1 礦井及工作面概況

泰山隆安煤礦核定產能240 萬t/a，礦井為低瓦斯礦井，整體采用走向長壁綜合機械化全斷面采煤法，中央并列式通風，工作面采用U 型通風法。礦井主采11 號煤層，煤層平均厚度1.95 m，煤層頂板為泥巖，底板為砂質泥巖。11301 工作面走向長度1 290 m，切眼長度240 m，工作面埋深237。工作面地質結構簡單，無大的地質構造，煤層傾角8°。

2 切頂卸壓預留巷道應力數值模擬

切頂卸壓留巷技術即在預留巷道靠近已采面一側上幫實施深孔爆破技術，將預留巷道上覆巖靠近已采面一側斷開，原理如圖1 所示[7~8]。

圖1 切頂卸壓留巷技術示意圖

為研究切頂卸壓預留巷道技術對巷道圍巖的保護作用，本文采用軟件COMSOL Multiphysics 進行流-固耦合模擬研究，分別模擬了來壓120 天后，巷道在實施切頂卸壓留巷技術和未實施切頂卸壓留巷技術時巷道圍巖分布情況，假設巷道周圍煤巖、圍巖為均勻介質，進行數值模擬的得到的應力分布云圖如圖2 所示，巖層應力參數見表1。

圖2 切頂前后圍巖應力分布云圖

表1 巖層基本參數表

由圖2 可知，留巷頂部未實施切頂技術時，巷道周圍圍巖應力分布均勻，巷道頂板上部10 m 范圍內應力均出現大面積集中的線型，底部6 m 范圍內出現應力大幅變化，根據實驗室測試數據，砂質泥巖承載應力極限為120 MPa，泥巖承載應力極限為118 MPa，在無任何支護的情況下，未實施切頂卸壓預留巷道的情況下，地頂板會出現垮落；上覆巖層應力波及范圍較大，在進行錨桿支護的時候必須增加錨桿。

實施完成切頂卸壓預留巷道技術的區域，采空區應力連續性被切割縫隙有效阻斷，因此巷道周圍應力發生大幅度變化。由圖2（b）可知切割縫實施完成后，巷道上部應力豎向搏擊面積為4 m，底板應力變化范圍較小，而應力主要傳播到巷道未割縫一側幫上位置，研究結果顯示割縫有效緩解了應力大面積集中的情況。

3 切頂卸壓留巷技術現場實施及效果考察

3.1 切頂卸壓留巷技術現場實施

根據數值模擬結果顯示，切頂卸壓留巷技術可有效降低留巷圍巖應力大面積集中的情況，現在現場實施切頂技術，切頂卸壓示意圖如圖3 所示。

圖3 切頂卸壓留巷技術施工示意圖

通過在頂板實施預裂爆破鉆孔，從而形成沿著巷道方向的裂隙，鉆孔間距為3 m，鉆孔深度為6 m，鉆孔為上向角度，鉆孔傾角為80°，炸藥采用礦用硝銨炸藥，封孔深度1.5 m，裝藥長度1 m。考慮爆破能量波耦合作用，現場實施過程中每3～6 個鉆孔為1 組進行實施，實施后會形成定向裂隙縫隙。

3.2 切頂卸壓技術效果考察

爆破鉆孔實施完成后進行2 個方面考察，首先采用微振技術測量巷道頂部裂隙分布，對微振數據進行考察微振數據分析如圖4 所示。

圖4 微振數據分析圖

隨后對支護后頂板情況進行分析考察，支護頂板離層儀數據如圖5 所示。

圖5 頂板離層儀數據統計表

根據效果考察結果顯示，爆破裂縫剖面波及范圍較小，影響范圍在鉆孔周圍0.02 m 范圍內；實施后，頂板深部位移最大量為150 mm，淺部為80 mm，現場未發現大面積垮落現象。

4 結 論

本文運用數值模擬的方法模擬了實施切頂卸壓技術和不實施該技術巷道圍巖應力分布云圖，通過微振和頂板離層儀進行了效果考察，得到以下結論：

1）數值模擬結果顯示，切頂卸壓技術可以有效解決巷道圍巖波及面較大的現象。

2）現場實施后顯示，深孔爆破產生的裂縫波及范圍為0.02 m。

3）切頂卸壓技術實施，嚴控留巷頂板位移量深部最大量150 mm，淺部為80 mm，完全滿足支護安全要求。