馬國偉

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司 斜溝煤礦，山西 呂梁 033600)

1 概 況

斜溝煤礦為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 500萬t/年的千萬噸級(jí)礦井。該礦18201工作面屬于12采區(qū)首采工作面，工作面北部為12采區(qū)3條下山，西部、南部為實(shí)煤區(qū)，東部為+700 m水平南翼3條大巷，3條大巷間距約為35 m，工作面距離+700 m水平南翼輔運(yùn)大巷70 m. 18201工作面與3條大巷位置關(guān)系見圖1.

圖1 巷道布置示意圖

隨著18201工作面的推進(jìn)(目前工作面已回采約1 940 m，外段采長為291.1 m的區(qū)段剩余約為2 020 m)，受采動(dòng)影響+700 m水平8#煤南翼3條大巷出現(xiàn)不同程度的頂板破碎、裂隙、離層，幫部片幫，底板鼓起等現(xiàn)象，對(duì)大巷的使用造成影響。

18201工作面煤層平均厚度6.25 m，煤層傾角9°.直接頂為中細(xì)粒砂巖，厚度0.00～9.46 m，平均厚度6.40 m. 基本頂為泥巖，厚度2.17～11.10 m，平均厚度6.68 m. 底板有一層平均厚度為0.94 m的泥巖和數(shù)層較厚的中細(xì)粒砂巖，粒狀結(jié)構(gòu)。

2 切頂卸壓方案設(shè)計(jì)研究

2.1 切頂卸壓護(hù)巷基本理論

礦用乳化炸藥爆破時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊波，沖擊波攜帶著大量爆破能量迅速向鉆孔周邊傳播釋放，鉆孔周邊煤巖體受到?jīng)_擊波作用迅速發(fā)生擠壓變形，在強(qiáng)烈徑向壓縮下產(chǎn)生沿鉆孔徑向方向的滑移，巖殼隨著徑向移動(dòng)而擴(kuò)張，形成擴(kuò)腔區(qū)、壓碎區(qū)，繼而形成裂隙圈。炮孔各區(qū)分布區(qū)域見圖2.

圖2 炸藥爆破后各區(qū)分布圖

利用切頂卸壓方式切斷18201工作面回采時(shí)所產(chǎn)生的超前支承壓力的影響，阻斷和減弱其向巷道尤其是長期使用的+700 m水平8#煤南翼3條大巷進(jìn)行應(yīng)力傳遞，進(jìn)而能夠減小被保護(hù)大巷的受力，確保大巷的長久穩(wěn)定。

2.2 切頂卸壓方案的確定

該次切頂卸壓護(hù)巷方案為：在18201工作面材料巷內(nèi)實(shí)施切頂放炮，距離煤柱幫400 mm處每隔1 000/800 mm，垂直頂板施工一排炮眼，炮眼均與頂板垂直。利用礦用鉆孔窺視儀成像技術(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，鉆孔為800 mm和1 000 mm兩種間距時(shí)爆破效果基本一致，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，最終確定鉆孔間距為1 000 mm，見圖3.

炮眼深度設(shè)計(jì)依據(jù)：為保證切頂卸壓效果，以打穿關(guān)鍵層為宜，工作面直接頂為中細(xì)粒砂巖，平均厚度6.40 m，基本頂為泥巖，平均厚度6.68 m，炮眼深度設(shè)計(jì)為13 m.

裝藥結(jié)構(gòu)：1) 裝藥結(jié)構(gòu)分為3段，每段在d40 mm×1 500 mm的聚能管一端填實(shí)200 mm黃土，從另一端裝入4卷火藥，再裝入1卷爆破引藥，在末端裝入300 mm黃土搗實(shí)，3段依次送入爆破孔。2) 在一根d40 mm×2 000 mm的聚能管先裝入0.25 m黃土，其次裝入6包(合計(jì)1.5 m)水炮泥，再裝入0.25 m黃土，搗實(shí)，將此管穿入炮孔，送至前一根聚能管尾部。3) 在孔口裝入5 m黃土，逐級(jí)搗實(shí)。

圖3 同一深度不同鉆孔間距爆破效果對(duì)比圖

3 切頂卸壓護(hù)巷可行性數(shù)值模擬研究

結(jié)合相關(guān)礦山壓力理論，根據(jù)頂?shù)装搴穸?、煤巖體體積模量、抗拉強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)黏聚力等參數(shù)，利用FLAC3D數(shù)值軟件進(jìn)行一系列的模擬與驗(yàn)證。建立的模型見圖4.

圖4 模型網(wǎng)格圖

18201材料巷在不切頂條件下煤柱寬度為70 m時(shí)，+700 m南翼輔運(yùn)大巷的應(yīng)力云圖見圖5.

圖5 不切頂條件下輔運(yùn)大巷應(yīng)力云圖

18201材料巷在切頂條件下煤柱寬度為70 m時(shí)，+700 m南翼輔運(yùn)大巷的應(yīng)力云圖見圖6.

圖6 切頂條件下輔運(yùn)大巷應(yīng)力云圖

對(duì)切頂卸壓護(hù)巷方案進(jìn)行模擬分析得出，18201材料巷未切頂前，+700 m南翼輔運(yùn)大巷兩幫移近量及頂?shù)装逡平枯^為明顯。18201材料巷切頂后，+700 m南翼輔運(yùn)大巷兩幫移近量以及頂?shù)装逡平康玫接行Э刂疲f明切頂卸壓護(hù)巷方案可行。

4 巷道位移實(shí)際觀測(cè)

采用多點(diǎn)位移計(jì)觀測(cè)巷道受采動(dòng)影響下圍巖變形隨時(shí)間變化情況。位移變化曲線圖見圖7.

圖7 兩幫位移變化曲線圖

由圖7可知，18201材料巷采用切頂卸壓后，+700 m南翼輔運(yùn)大巷兩幫移近量變化最大值不超過40 mm，說明切頂卸壓護(hù)巷方案有效避免了18201工作面回采對(duì)+700 m南翼輔運(yùn)大巷圍巖穩(wěn)定性的影響。

5 結(jié) 論

1) 采用深孔預(yù)裂爆破切頂卸壓技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用表明該技術(shù)有效解決了大采高工作面兩巷采空區(qū)懸頂問題。

2) 18201材料巷切頂后，+700 m南翼輔運(yùn)大巷兩幫移近量得到了有效控制，說明切頂卸壓護(hù)巷方案可行。