深孔爆破預(yù)裂頂板卸壓沿空留巷技術(shù)應(yīng)用

楊豪杰

（冀中能源股份有限公司 葛泉礦，河北 邢臺 054100）

0 引言

采區(qū)內(nèi)相鄰工作面順槽間一般采用留設(shè)煤柱進(jìn)行護(hù)巷，用于防止工作面與相鄰采空區(qū)通透漏風(fēng)引起的采空區(qū)自然發(fā)火，同時兼顧降低動壓影響的作用。采用護(hù)巷煤柱的主要缺點(diǎn)是會造成一定煤炭資源的損失，如果煤柱留設(shè)不合理還會使覆巖應(yīng)力在煤柱處形成集中[1]，對附近巷道造成破壞。因此推廣沿空留巷開采，研究區(qū)段無煤柱護(hù)巷，對安全生產(chǎn)、提高煤炭回采率、增加經(jīng)濟(jì)效益等具有十分重要的作用。相比較于葛泉礦北翼，南翼地質(zhì)條件較為復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育，巷道圍巖壓力大，變形嚴(yán)重，滿足不了巷道的運(yùn)輸運(yùn)料需求，往往在工作面回采前需要重新整修，甚至反復(fù)整修，浪費(fèi)了大量的人力物力。此次在南翼地質(zhì)條件下應(yīng)用深孔爆破預(yù)裂頂板卸壓沿空留巷技術(shù)，積累了大量數(shù)據(jù)和豐富經(jīng)驗，為該礦南翼地區(qū)主采2 號煤轉(zhuǎn)向主采5 號煤爭取了寶貴時間，緩解了接替緊張問題，保障了采掘正常接替。

1 概 況

葛泉礦位于河北省邢臺市，年產(chǎn)185 萬t，投產(chǎn)三十余年，經(jīng)過多年開采，近距離、淺部煤層和優(yōu)質(zhì)煤層資源開采殆盡。采掘戰(zhàn)線越來越長、可采區(qū)域地質(zhì)條件日趨復(fù)雜、單面儲量減少、萬噸掘進(jìn)率逐年增加，造成一定的接替緊張問題。在此情況下，研究改進(jìn)適用實(shí)際生產(chǎn)情況的沿空留巷工藝勢在必行，對礦井的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的意義。

1727 工作面位于七采區(qū)，采2 號煤（無煙煤），屬于三類不易自燃煤層。2 號煤埋深在210～250 m，平均煤厚2.75 m，走向長610 m，平均面長90 m，煤層平均傾角10°。直接頂為粉砂巖，平均厚度9.17 m，深灰色，無層理，呈塊狀構(gòu)造，中部含石膏為核心的眼球狀菱鐵質(zhì)結(jié)核，頂部含植物根化石，底部含炭質(zhì)，中上部夾細(xì)砂巖薄層，具水平層理，含植物化石，易離層。基本頂為細(xì)砂巖，平均厚度4.57 m，灰色，頂部0.4 m 為粉砂巖，含植物化石；其余為細(xì)砂巖，具線狀水平層理，偶見樹干化石，中部夾薄層粉砂巖，具完好葉化石。

1727 工作面運(yùn)輸巷為梯形斷面，4.2 m×2.6 m（寬×中高），設(shè)計長度615 m，留巷長度505 m，于2022 年7 月開始留設(shè)，12 月結(jié)束，成功留巷505 m，大部分巷幫變形量不超過300 mm，受斷層影響，局部巷幫形變量達(dá)到500 mm，整條巷道底鼓不超過300 mm，滯后工作面100 m 整修一次后，幾乎無形變量。

2 沿空留巷設(shè)計及應(yīng)用

根據(jù)1727 工作面運(yùn)輸巷現(xiàn)場及圍巖情況，結(jié)合以往沿空留巷支護(hù)形式和同忻煤礦[2]、屯蘭礦[3]沿空留巷經(jīng)驗，制定適合礦井南翼2 號煤區(qū)域內(nèi)的沿空留巷施工設(shè)計方案，此次沿空留巷技術(shù)應(yīng)用總體分4 步施工。

2.1 超前圍巖加固

在超前工作面50～70 m 施工切頂錨索、非面幫加固錨索和預(yù)裂爆破孔，如圖1 所示。切頂錨索距巷中1 300 mm（距面幫800 mm），順巷插花布置（受巷道原有錨索影響時，適當(dāng)調(diào)整位置），錨索采用φ17.8 mm×10 500 mm 鋼絞線配2.0 m 長的12 號槽鋼，間距2.0 m。若頂板破碎或壓力顯現(xiàn)，則在面幫一側(cè)距巷中300 mm 處另補(bǔ)打一組加固錨索梁，錨索梁采用φ17.8 mm×6 000 mm 鋼絞線配2.0 m 長12 號槽鋼，間距2.0 m。

圖1 錨索支護(hù)平面布置示意Fig.1 Plane layout of anchor cable support

非面幫加固錨索順巷道施工，距頂1 m，間距1.5 m，采用φ17.8 mm×4 500 mm 鋼絞線配2.0 m12 號槽鋼。預(yù)裂爆破孔距面幫200 mm，孔深10 m，鉆頭直徑48 mm，沿基巖移動角70°[4]偏向面幫施工（圖2），間距600 mm，隔孔爆破。

圖2 預(yù)裂爆破孔布置剖面示意Fig.2 Layout profile of pre-splitting blasting hole

2.2 超前支護(hù)與頂板預(yù)裂

在運(yùn)輸巷超前工作面30 m 范圍，在錨網(wǎng)支護(hù)下垂巷補(bǔ)打單體配π 型鋼支護(hù)，一梁三柱，排距800 mm，如圖3 所示。

鉆孔爆破方式為間隔裝藥爆破（每間隔1 個鉆孔，裝藥爆破），即留設(shè)觀測孔，起到應(yīng)力傳導(dǎo)、爆破效果觀測及處理拒爆等作用[5]。爆破孔根據(jù)實(shí)際需要和爆破效果，采用3 根2.2 m 長O 型聚能管，每根管內(nèi)裝8 個藥卷，O 型聚能管裝藥，選用礦用型乳化炸藥，裝藥長度6 600 mm，封孔長度3 400 mm，每孔裝藥量為4.8 kg，每根聚能管插2 個電雷管，正向裝藥引爆（電雷管采用同一段號）。鉆孔裝藥前先將炸藥裝入O 型聚能管內(nèi)，再將O型聚能管裝入鉆孔內(nèi)，裝藥完成后封孔，將成形炮土卷（即柱狀成形炮土）與正常散炮土結(jié)合使用，裝藥結(jié)構(gòu)如圖4 所示。放炮時若出現(xiàn)切頂效果差或者頂板破碎、壓力顯現(xiàn)時，根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整鉆孔間距。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)Fig.4 Charge structure

2.3 留巷支護(hù)

采空幫支護(hù)分為剛性支護(hù)和柔性支護(hù)，如圖2、圖5、圖6 所示。剛性支護(hù)采用單體配十字頂梁、護(hù)幫π 型鋼（2.6 m）、鐵鞋（720 mm）組合支護(hù)頂板及采空幫，十字頂梁相互鉸接并與頂板加固π 型鋼鉸接，護(hù)幫π 型鋼與巷幫間隙采用串桿裱褙；柔性支護(hù)采用1.0×5.0 m 金屬經(jīng)緯網(wǎng)（雙層）和5m 舊鋼絲繩聯(lián)合阻擋采空區(qū)噴渣，其中幫網(wǎng)、鋼帶端頭固定于頂板，距面幫0.7m，固定幫網(wǎng)、鋼帶的錨桿距巷幫0.6 m，采用φ20×1 000 mm 螺紋鋼錨桿，一卷CK2333 樹脂藥卷錨固，具體布置方式及參數(shù)見圖。沿空留巷鋪網(wǎng)要求：雙層經(jīng)緯網(wǎng)及鋼帶（鋼絲繩）隨工作面推進(jìn)，平鋪在機(jī)頭3 個支架頂梁上，巷道側(cè)端采用頂錨桿固定在巷道頂板，第一片網(wǎng)壓第二片網(wǎng)（搭接部分500 mm，用綁絲栓牢，扣距100 mm），依次是后片網(wǎng)壓前片網(wǎng)形成雙層網(wǎng)，為防止金屬網(wǎng)撕裂，并在其下加金屬鋼帶或鋼絲繩，提高金屬網(wǎng)支護(hù)強(qiáng)度，其布置方式及參數(shù)：順工作面布置，間距500 mm，用雙股綁絲固定，扣距100 mm。

圖5 巷道支護(hù)斷面示意Fig.5 Section of roadway support

圖6 巷道支護(hù)斷面圖A處放大圖Fig.6 Enlarged diagram of roadway support in section A

2.4 噴漿封閉采空幫

采面通過后老空區(qū)垮落壓實(shí)柔性支護(hù)金屬經(jīng)緯網(wǎng)，確保采空區(qū)頂板冒落嚴(yán)實(shí)后，采用復(fù)合漿體材料對沿空幫及巷道頂部進(jìn)行噴涂封閉，噴層厚度不少于10 mm，沿空幫及巷道頂部噴涂封閉滯后工作面不超過30 m。噴涂前，對隅角及沿空幫落巖空隙用不燃性材料充填，使噴層表面盡量平整。噴涂封閉要嚴(yán)密不漏風(fēng)，發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象，及時補(bǔ)噴。復(fù)合漿體材料配比水泥∶粘土∶水∶水玻璃∶玻璃纖維=1∶1.5∶2∶0.02∶0.003（重量比）。

在留巷內(nèi)增設(shè)2 個測風(fēng)點(diǎn)，1 號側(cè)風(fēng)點(diǎn)沿空留巷進(jìn)風(fēng)口10～15 m 處，2 號側(cè)風(fēng)點(diǎn)在沿空留巷回風(fēng)口10～15 m。通風(fēng)區(qū)測風(fēng)員每10 d 進(jìn)行一次測風(fēng)，確保沿空留巷風(fēng)量不低于160 m3/min，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量異常時，立即匯報通風(fēng)區(qū)及調(diào)度室，查明原因進(jìn)行處理。

2.5 留巷優(yōu)化

受斷層影響，留巷時非采空幫幫鼓較大，1 排幫錨索支護(hù)強(qiáng)度不夠，將幫錨索加固為2 排，距頂分別為1 m、2 m，中間用串桿褙實(shí)，加強(qiáng)支護(hù)后幫鼓量明顯減小，有助于留巷成形，減少后期巷道整修工作量。

3 結(jié)論

（1）留巷后路設(shè)置圍巖觀測點(diǎn)，使用十字觀測法記錄圍巖變化，分析后發(fā)現(xiàn)在滯后工作面100 m 范圍內(nèi)留巷巷道圍巖變化量較大，達(dá)到200～300 mm，局部達(dá)到500 mm，滯后100 m 范圍后圍巖重新穩(wěn)定，形變量較小。

（2）此次留巷長度共505 m，大部分巷幫變形量不超過300 mm，受斷層影響，局部巷幫形變量達(dá)到500 mm，整條巷道底鼓不超過300 mm，滯后工作面100 m，整修一次后，幾乎無形變量。

（3）通過沿空留巷，該礦實(shí)現(xiàn)無煤柱綠色開采，提高煤炭資源回收率，預(yù)計增加礦井效益300萬元，同時減少巷道整修工程量，緩解礦井接替問題。該技術(shù)可為其他類似礦井提供借鑒。