綜采工作面末采期間切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用研究

梁 鑫

（山西焦煤集團(tuán)介休正益煤業(yè)有限公司，山西 介休 032000）

0 引言

采面煤炭回采期間會產(chǎn)生超前支承壓力，超前支承壓力會隨著采面不斷前移，當(dāng)開采煤層頂板為堅(jiān)硬巖層時，超前支承壓力影響范圍及應(yīng)力集中系數(shù)等均會明顯增加[1-2]。現(xiàn)階段煤礦井下綜采工作面多采用走向長臂后退式采煤方法，在采面回采末采期區(qū)（盤區(qū)）巷道會承受采動壓力影響，嚴(yán)重時導(dǎo)致采區(qū)巷道圍巖變形量大甚至出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)問題，為確保巷道安全使用需頻繁進(jìn)行加固、修整[3-5]。山西某礦13 采區(qū)集中巷道由于受到13302 采面采動影響，加之巷道埋深大，導(dǎo)致13 采區(qū)集中巷道部分位置支護(hù)體系出現(xiàn)失效、變形嚴(yán)重等問題，因此，為確保13 采區(qū)集中巷道安全使用，提出在13302 采面末采收尾期間采用切頂卸壓技術(shù)，以降低采面末采對采區(qū)巷道影響。

1 工程概況

13302 綜采工作面為13 采區(qū)首采工作面，設(shè)計(jì)走向長度1 357 m、傾向斜長160 m，采面回采3 號煤層，煤層埋深均值650 m，設(shè)煤層厚度1.85～4.60 m、均值3.4 m，煤層局部夾雜有厚度0.8 m 炭質(zhì)泥巖夾矸，煤層傾角均值10°。13302 綜采工作面設(shè)計(jì)開采高度為3.4 m，全部垮落法管理頂板。13302 綜采工作面回采范圍內(nèi)，3#煤層受斷層、煤層層間滑動等影響，導(dǎo)致煤層厚度、傾向及走向等出現(xiàn)一定變化。依據(jù)回采巷道掘進(jìn)揭露、鉆探及物探資料顯示，13302 綜采工作面停采線附近煤層上覆巖層以砂質(zhì)泥巖、泥巖及中粗砂巖為主，直接頂為厚度4.3 m 泥巖、之上為厚度6.0 m 砂質(zhì)泥巖，直接頂上10 m、43 m 有兩組厚度分別為10 m、14 m 的中粗砂巖。受煤層頂板堅(jiān)硬影響，采面某采期間周期來壓步距大、采動壓力顯現(xiàn)明顯。

2 末采期間頂板切頂卸壓機(jī)理

在13302 綜采工作面末采期間，隨著采空區(qū)頂板懸空暴露面積不斷增加，采面后方采空區(qū)覆巖頂板冒落、彎曲下沉，采空區(qū)覆巖頂板從下到上依次會形成冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶。由于13302 綜采工作面回采的3 號煤層頂板較為堅(jiān)硬、厚度大、承載能力強(qiáng)，導(dǎo)致基本頂無法完全垮落，直接頂冒落后無法完全充填采空區(qū)，導(dǎo)致覆巖重力向采空區(qū)四周擴(kuò)散，從而在采空區(qū)四周形成采動壓力支承壓力帶，容易引起支架載荷增大、回采巷道礦壓顯現(xiàn)明顯或者煤壁片幫等問題[6-8]。采面末采期間，由于頂板堅(jiān)硬、采動壓力影響范圍廣，導(dǎo)致采區(qū)巷道處于超前支承壓力影響范圍內(nèi)，巷道圍巖在采動壓力擾動影響下出現(xiàn)流變、圍巖變形量大、支護(hù)體系失效等問題。為降低13302 綜采工作面采動壓力給采區(qū)巷道影響，提出在采面末采期間應(yīng)用切頂卸壓技術(shù)，具體是在采面末采期間在采面回采巷道靠近停采線位置施工切頂卸壓鉆孔并進(jìn)行深孔爆破，在煤層堅(jiān)硬頂板中人為形成裂隙，提高頂板冒落性，以便減少采空區(qū)頂板懸空面積及超前支承壓力影響范圍、應(yīng)力集中系數(shù)。

3 末采期間切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用

3.1 切頂卸壓鉆孔布置參數(shù)

依據(jù)13302 綜采工作面停采線附近頂板巖性情況、停采線與采區(qū)巷道間位置關(guān)系、液壓支回撤安全性、切頂卸壓實(shí)施難易程度等，提出布置的切頂卸壓鉆孔應(yīng)切斷直接頂上覆2 層厚度分別為10 m、14 m的中粗砂巖，因此布置的切頂鉆孔高對在3 號煤層上覆10～57 m 范圍。

結(jié)合13302 綜采工作面現(xiàn)場施工條件，提出在采面上下順槽分別施工切頂卸壓鉆孔，分別在距離停采線10 m、22 m 位置進(jìn)行切頂卸壓；受下順槽施工條件制約，因此下順槽僅施工一組切頂卸壓鉆孔（即距停采線18 m 位置實(shí)施），上順槽則施工2 組切頂卸壓鉆孔。切頂卸壓應(yīng)至少超前采面300 m。具體采面上下順槽內(nèi)切頂卸壓鉆孔布置技術(shù)參數(shù)見表1 所示。

表1 切頂卸壓鉆孔布置參數(shù)

3.2 裝藥及封孔

切頂卸壓鉆孔內(nèi)裝入規(guī)格Φ63 mm 煤礦許用三級乳化炸藥，裝藥方式為正向裝藥。由于部分切頂卸壓鉆孔角度較大，為避免乳化炸藥下墜，需裝入防滑鋼絲后再裝炮頭。同時為避免鉆孔塌孔影響后續(xù)裝藥，先鉆進(jìn)大傾角鉆孔，鉆進(jìn)后進(jìn)行沖孔。鉆孔均采用人工裝藥方式，一次裝藥深度控制在6 m 以內(nèi)。切頂卸壓鉆孔采用黃泥封孔，首先在地面采用6 mm 細(xì)篩對黃泥進(jìn)行篩分，后加水混入到封孔器中，封孔器采用井下壓風(fēng)作為動力源進(jìn)行封孔，采用封孔器將黃泥噴入到鉆孔中，封孔完成后即可進(jìn)行爆破。

切頂鉆孔封孔工藝采用1 堵1 注，具體封孔步驟：

1）在切頂鉆孔中放入Φ16 mm 塑料軟管作為返漿管使用，若鉆孔傾角＞25°則與炮頭一起送入到鉆孔內(nèi)，若鉆孔傾角在25°以內(nèi)則返漿管獨(dú)立送至炮頭位置，在封孔期間應(yīng)注意保護(hù)母線，避免母線出現(xiàn)纏繞。

2）在鉆孔孔口位置下方10 m、Φ16 mm 軟管作為注漿管使用。

3）在孔底炮頭下方及孔口處分別放入封孔囊袋。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

在軌道上山上按照50 m 間隔布置2 個測站，在13302 綜采工作面末采期間對軌道上山圍巖變形量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，具體監(jiān)測結(jié)果見圖1 所示。

圖1 軌道上山圍巖變形監(jiān)測曲線

從圖1 監(jiān)測曲線看出，隨著采面末采持續(xù)，當(dāng)軌道上山處于13302 綜采工作面采動超前支承壓力影響范圍內(nèi)時巷道圍巖開始變形；實(shí)施切頂卸壓技術(shù)后采面推進(jìn)至切頂線位置后，由于切頂卸壓切斷了頂板應(yīng)力傳遞路徑，軌道上山受采面回采影響逐漸減少，巷道圍巖變形速率明顯降低，后隨著時間增加，軌道上山圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定。從軌道上山圍巖變形量變化趨勢來看，1 號測站獲取的頂?shù)装濉⑾飵妥畲笞冃瘟糠謩e為9.5 mm、7 mm；2 號測站獲取的頂?shù)装濉⑾飵妥畲笞冃瘟糠謩e為10.1 mm、7.9 mm。1 號及2 號測站監(jiān)測得到的軌道上山變形量整體較小，表明在13302 綜采工作面末采期間實(shí)施的切頂卸壓技術(shù)后可有效降低采動壓力、采空區(qū)頂板垮落等對軌道上山圍巖變形影響，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

切頂卸壓技術(shù)可切斷煤層頂板應(yīng)力傳遞路徑，從而有效降低采動壓力對鄰近巷道影響。13302 綜采工作面在采面末采期間通過切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用，有效降低了采面超前支承壓力、采空區(qū)頂板垮落等對從采區(qū)軌道上山圍巖變形影響，在減少采區(qū)巷道圍巖變形、修復(fù)工程量等方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。同時采面末采切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用，不僅可保證采區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定，而且可縮小采面保護(hù)煤柱寬度，進(jìn)一步提高煤炭資源采收率。