程書暢

（晉能控股集團(tuán)長(zhǎng)平公司，山西 高平048400）

0 引 言

隨著厚煤層綜合機(jī)械化采煤工作面開采強(qiáng)度的增大，工作面采動(dòng)影響下留巷的受壓及變形十分顯著[1-2]，因此減少留巷的變形，降低其巷修難度及成本是厚煤層工作面回采面臨的主要困難之一。以往主要通過增大巷間保護(hù)煤柱的寬度，或者對(duì)留巷進(jìn)行后期補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)以減少留巷圍巖變形，不僅浪費(fèi)煤炭資源而且并未徹底解決留巷的大變形及復(fù)用巷修問題。

1 工程概況

長(zhǎng)平煤礦主要回采3 號(hào)煤，平均厚度為5.75m，煤體普氏系數(shù)在0.3，正在回采的5302 工作面埋深平均550m，最大埋深可達(dá)720m。工作面采用四巷布置，應(yīng)用重型放頂煤工藝，留巷與順槽間煤柱寬度為50m?；夭上锏谰孛簩禹敯寰蜻M(jìn)，毛斷面為5.8m×4.3m。

2 留巷變形特征及機(jī)理

2.1 變形特征

留巷受工作面采動(dòng)影響，頂?shù)装逡平科骄?.5m，最大可達(dá)2m；兩幫收縮量在900m，最大可達(dá)1.3m。受工作面超前支撐壓力影響，巷道圍巖變形不大（一般在200～400mm），從滯后工作面開始，留巷變形顯著提高。留巷圍巖變形觀測(cè)如圖1 所示。

圖1 留巷圍巖變形觀測(cè)

2.2 變形機(jī)理分析

1）首先長(zhǎng)平礦3# 煤煤體松軟，裂隙發(fā)育，導(dǎo)致其強(qiáng)度低，在采動(dòng)應(yīng)力作用下進(jìn)一步破碎，在破碎煤體的剪漲作用下，圍巖變形逐漸增大。

2）隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)直接頂、老頂不斷塌落，同時(shí)頂板破壞區(qū)繼續(xù)向上覆巖層擴(kuò)展，使得頂板破壞所產(chǎn)生的應(yīng)力集中影響范圍不斷增大，通過煤柱傳遞至留巷[3-4]，導(dǎo)致留巷圍巖兩幫塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致原基礎(chǔ)支護(hù)的錨桿進(jìn)入到重新分布的塑性區(qū)內(nèi)，使得原基礎(chǔ)支護(hù)的大部分錨桿對(duì)巷幫的支護(hù)作用大幅下降或者失效。

3）在頂板壓力的作用下，留巷兩幫已破壞的煤體失去強(qiáng)度，壓力繼續(xù)向底板傳遞，導(dǎo)致無支護(hù)狀態(tài)下的底板自由面成為釋放壓力的通道，留巷底鼓量增大。

3 留巷圍巖控制技術(shù)

3.1 優(yōu)化一次支護(hù)

為提高留巷圍巖穩(wěn)定，在原錨桿、錨索支護(hù)基礎(chǔ)上，對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，形成每排4 根7.3m 的錨索；為強(qiáng)化留巷巷幫支護(hù)，阻止巷幫塑性區(qū)的擴(kuò)展，對(duì)巷幫進(jìn)行回采前的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，形成每排3 根5.3m 錨索支護(hù)，如圖2 所示。

圖2 留巷支護(hù)參數(shù)

3.2 切頂卸壓

根據(jù)懸臂梁力學(xué)模型，當(dāng)在采空區(qū)側(cè)進(jìn)行切縫阻斷懸臂梁的力學(xué)傳遞[5]，可降低采空區(qū)頂板塌落對(duì)煤柱的壓應(yīng)力，從而降低留巷圍巖所受壓力，進(jìn)而降低留巷圍巖巷幫、底板的變形。應(yīng)用切頂卸壓技術(shù)，在工作面順槽煤柱側(cè)進(jìn)行切頂卸壓，以減少回采工作面頂板垮落后對(duì)留巷圍巖的壓力傳遞。

1）切頂高度確定。根據(jù)長(zhǎng)平煤礦巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試，3 號(hào)煤層頂板以上0～7.7m 為中粒砂巖，強(qiáng)度平均值為85.10MPa，7.7～10.0m 為砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)度平均值為63.56MPa，結(jié)合頂板鉆孔窺視結(jié)果分析以及綜合柱狀圖，爆破處理的高度應(yīng)良好波及到強(qiáng)度較高、完整性較好的細(xì)粒砂巖頂板，設(shè)計(jì)爆破垂高為25.6m。

2）爆破鉆孔間距確定。利用3 號(hào)煤礦許用乳化炸藥進(jìn)行爆破時(shí)，取炸藥密度ρ=1 120kg/m3，爆速D=3 600m/s，根據(jù)巖石性能參數(shù)，在被筒直徑50mm，鉆孔直徑65mm 情況下，通過理論計(jì)算得到頂板砂巖中形成的粉碎圈半徑為0.2m，裂隙圈半徑為0.8m。并應(yīng)用工程類比法，切頂卸壓孔的間距步設(shè)計(jì)為2m，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果，可將爆破間距調(diào)整為1.5m。

3）切頂參數(shù)確定。切頂爆破作業(yè)超前回采工作面60m 開始，以減少超前支護(hù)范圍內(nèi)頂板的擾動(dòng)。鉆孔深度確定為26m，爆破孔沿巷道軸向向采空區(qū)方向偏10°打設(shè)；為了避免“管道效應(yīng)”（溝槽效應(yīng)）產(chǎn)生炸藥殘爆，炸藥被筒直徑50mm、炮孔直徑65mm 時(shí)不耦合系數(shù)1.30 最佳；炮孔單排布置，孔間距初步確定為2m；炮孔斜長(zhǎng)26m，裝藥長(zhǎng)度16m、封泥10m。爆破參數(shù)圖如下圖2 所示，備桶斷面如下圖3 所示。

圖3 爆破參數(shù)圖

圖4 備桶斷面圖

4 留巷礦壓觀測(cè)

通過加強(qiáng)巷幫及頂板支護(hù)，在順槽煤柱側(cè)頂板進(jìn)行切頂卸壓，實(shí)測(cè)得到典型的留巷圍巖變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，可知巷道兩幫收縮量在420mm，底鼓量在800mm，與未采用留巷圍巖控制技術(shù)前相比，巷幫收縮量減少了53%，底鼓量減少了33%，如圖5 所示。

圖5 巷圍巖變形觀測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)長(zhǎng)平礦松軟厚煤層條件下，留巷圍巖變形大、復(fù)用巷修工程量大的問題，通過分析留巷大變形特征及機(jī)理，給出了綜合的留巷圍巖控制技術(shù)，結(jié)果表明：

1）針對(duì)松軟厚煤層留巷巷幫變形大，通過加強(qiáng)巷幫錨索支護(hù)強(qiáng)度，并補(bǔ)強(qiáng)頂板錨索支護(hù)強(qiáng)度，有效提高了留巷圍巖的承載力，降低了巷幫圍巖在采動(dòng)應(yīng)力作用下塑性區(qū)的擴(kuò)展。

2）采用切頂卸壓技術(shù)，將工作面頂板懸臂梁對(duì)煤柱形成的應(yīng)力傳遞切斷，降低留巷圍巖的壓力，有效降低了留巷圍巖變形。

3）切頂卸壓技術(shù)在松軟厚煤層的應(yīng)用，也為該條件下實(shí)現(xiàn)小煤柱或者無煤柱開采提供了技術(shù)及工程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。