吳 疆

(同煤集團朔州煤電公司小峪煤礦，山西 懷仁 038300)

1 工程條件

現(xiàn)場監(jiān)測地點選擇晉華宮煤礦8709工作面及8709工作面煤柱，8709工作面開采侏羅系11#煤層，走向長度650 m，傾斜長度190 m，面內(nèi)煤層埋深376.7 m～407.4 m，平均392 m，煤層厚度0.8 m～3.35 m，平均3.0 m，煤層賦存穩(wěn)定，結構簡單。工作面內(nèi)地質(zhì)構造及水文條件簡單，頂?shù)装鍨榧毶皫r、中細砂巖，致密堅硬，詳見表1。工作面采用綜合機械化走向長壁后退式全部垮落采煤法，選用ZZ6000/17/37B型支撐掩護式支架支護工作面頂板，該支架頂梁長3.6 m，前探梁長1.0 m，采煤機截深0.8 m，最大控頂距為5.74 m，最小控頂距為4.94 m，最小端面距為0.34 m，最大端面距為1.14 m。工作面共布置136個支架，從皮帶巷(2709巷)到軌道巷(5709巷)依次編號為1#～136#。8709工作面布置及煤層賦存條件與8707工作面基本相同，采用雙巷布置，煤柱另一側為已采8707工作面采空區(qū)，煤柱寬度24 m。

表1 8709工作面頂?shù)装逄卣?/p>

工作面礦壓監(jiān)測采用山東省尤洛卡自動化裝備股份有限公司生產(chǎn)的KJ216綜采支架壓力計算機監(jiān)測系統(tǒng)，該儀器能自動記錄各分機壓力。沿工作面推進方向布置3個測區(qū)7條測線，選擇7個支架進行監(jiān)測，即,頭部10#架,尾部120#架，中部30#、45#、60#、80#、100#架。其余每個支架安裝1個直讀式壓力表，在工作面最后1個支架的進液管安裝一塊壓力表，監(jiān)測液壓系統(tǒng)的末端壓力。

在所留煤柱側的幫上設置3個測站，如圖1所示，在測站內(nèi)使用錨桿鉆機鉆孔，每個測站布置4個鉆孔，鉆孔間距為3 m，直徑為56 mm，距巷道底板1.5 m～2.0 m，斜向上1°～20°。1#、2#測站內(nèi)各鉆孔深度分別為3、5、7、9 m；3#測站各鉆孔深度分別為2、4、6、8 m，隨著工作面的推進每2 h自動記錄一次鉆孔應力。

圖1 鉆孔應力計測站布置圖

2 工作面來壓步距及強度分析

2.1 支架初撐力分布特征

綜采工作面液壓支架在升起支護頂板時，其立柱下腔液體壓力達到泵站壓力時支架對頂板所產(chǎn)生的初始支護力為支架初撐力[1-3]。選取2013年10月4日至12月4日8709工作面各側線液壓支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析液壓支架初撐力分布特征，僅列出頭部10#、中部60#、尾部120#支架結果，如圖2所示。

圖2 液壓支架初撐力分布特征

由圖2可知，8709工作面支架初撐力近似呈正態(tài)分布，根據(jù)要求支架初撐力為3 200 kN，各測線處支架初撐力的合格率分別為55.61%、53.69%、48.37%、40.24%、39.58%、53.84%和58.72%。由此，液壓支架初撐力在工作面兩端頭附近較高，工作面中部較低，說明兩端頭附近較中部好，但初撐力整體偏低，不利于對頂板的支護，需要采取一定措施提高液壓支架初撐力。

2.2 本頂周期來壓步距確定

表2 基本頂周期來壓步距統(tǒng)計表

2.3 工作面來壓強度分析

8709工作面非來壓期間，支架循環(huán)末阻力較小，一般為4 500 kN～6 000 kN，為支架額定工作阻力的75%～100%。周期來壓期間有一定的動載現(xiàn)象，最大循環(huán)末阻力為8 026 kN，超出支架額定工作阻力33.77%，工作面動載系數(shù)約為1.34～1.78，平均為1.56。通過分析可知，8709工作面所選支架額定工作阻力偏小，需要重新選擇更高工作阻力的支架。

3 煤柱應力分析

隨著8709工作面推進，實時監(jiān)測并記錄煤柱處鉆孔應力計讀數(shù)的變化，以測點距工作面距離為橫坐標、鉆孔應力計讀數(shù)為縱坐標，繪制二者關系曲線，各測站監(jiān)測結果分別如第169頁圖3所示。

由圖3可知，工作面距測站超過40 m時，煤柱內(nèi)的應力基本保持穩(wěn)定；距測站小于40 m時，隨著工作面的推進，煤柱內(nèi)的應力逐漸增大；當距測站12 m～18 m時，煤柱內(nèi)的應力達到最大，平均值為15 MPa，應力集中系數(shù)達到2，隨后，煤柱內(nèi)的應力逐漸減小。由此可知，8709工作面超前支承壓力影響范圍為工作面前方0 m～40 m，峰值位于工作面前方12 m～18 m，工作面超前支承壓力較大，系開采影響與上部煤柱應力集中影響共同導致。

4 煤柱應力控制技術

采用深孔卸壓爆破技術對煤柱(承壓較大)進行弱化處理，改善煤巖體的物理力學性質(zhì)，將工作面頂板壓力轉(zhuǎn)移到深部煤巖體內(nèi)，能夠有效減小應力集中，達到防治沖擊地壓的目的[5]。

4.1 現(xiàn)場實施方案

考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，結合現(xiàn)場實測，選取工作面前方40 m以外的地方對保護煤柱進行卸壓爆破。由現(xiàn)場壓力分析可知，8707工作面與8709工作面區(qū)段煤柱應力呈“雙峰”對稱分布，兩側為塑性區(qū)，寬度約為4 m，中部為應力升高的彈性區(qū)，是煤柱的主要承載區(qū)，關乎煤柱的穩(wěn)定?？紤]到煤層傾角較小，可近似看作水平煤層處理。

1) 鉆孔布置：在煤柱上水平布置鉆孔，孔深為12 m，考慮到有效影響半徑為2.5 m，每5 m布置一個鉆孔，煤柱端頭各留10 m，使用電煤鉆打孔，麻花鉆桿的直徑為38 mm，鉆頭的直徑為42 mm，圖4為鉆孔布置圖。

2) 裝藥：裝藥長度為孔長減去5.5 m～6.0 m，裝藥后應裝入長度不小于0.4 m的水炮泥，水炮泥外側還應充填長度不小于2 m的封口炮泥，由于煤柱兩幫4 m范圍內(nèi)已經(jīng)處于卸壓狀態(tài)，孔深為12 m，則實際孔深為8 m。裝藥長度為5.5 m，選用3號煤礦許用筒形炸藥，每個藥卷重150 g，直徑為38 mm，長為150 mm，采用瞬發(fā)電雷管起爆。每個孔需要37個藥卷，即每孔的裝藥長度為5.5 m，裝藥量為5.5 kg，裝入0.5 m的水炮泥，填充2 m長的炮泥，用電雷管起爆。

圖3 測站監(jiān)測煤柱應力變化曲線

圖4 鉆孔布置圖

4.2 結果分析

圖5為爆破前、后煤柱垂直應力分布圖，由圖5可知，爆破前煤柱整體處于高應力狀態(tài)，爆破后煤柱整體應力降低，煤柱最大應力由25 MPa降低為10.5 MPa，為爆破前的42%，煤柱應力由“雙峰”分布轉(zhuǎn)換為“單峰”分布，煤柱整體卸壓效果較好。

圖5 煤柱下方垂直應力分布

5 結論

本文針對區(qū)段煤柱引起的強礦壓顯現(xiàn)問題，采用深孔卸壓爆破技術對區(qū)段煤柱進行弱化處理，改善了煤巖體的物理力學性質(zhì)。現(xiàn)場監(jiān)測表明，爆破后煤柱下方垂直應力大幅度降低，為爆破前的42%。爆破有效減小了煤柱應力集中，達到防治沖擊地壓的目的。