王 帥

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦）

普通采煤工作面頂板管理工作的流程如下：首先，工作面回采，在此過程中直接頂初步垮落，而產(chǎn)生一定量懸頂；其次，工作面持續(xù)推進(jìn)，老頂斷裂，不斷的填實采空區(qū)；最后，老頂下沉，采空區(qū)基本上保持穩(wěn)定。在工作面回采到推進(jìn)期間，在采空區(qū)中會產(chǎn)生懸頂，主要影響因素：①懸頂?shù)拇嬖?，老頂和直接頂?shù)慕佑|面應(yīng)力大幅度降低，同時接觸層面可能在不同步變形情況下產(chǎn)生滑移，從而導(dǎo)致其周圍的巷道內(nèi)層面可能被破壞；②懸頂產(chǎn)生明顯附加作用力而影響到巷道支護(hù)穩(wěn)定性，使得側(cè)頂板下沉水平增加［1-5］。工作面附加的巷道支護(hù)載荷很容易因為懸頂梁的旋轉(zhuǎn)變形和覆壓而增加，巷道支護(hù)阻力不高情況下變形會很明顯，且可能導(dǎo)致冒頂事故，應(yīng)該對相關(guān)工作面進(jìn)行超前支護(hù)。

工作面切頂卸壓研究過程中，主要是基于上述理論進(jìn)行分析，在工作面切頂線處通過定向爆破技術(shù)預(yù)裂頂板，促使相應(yīng)的懸臂梁受到工作面來壓、上覆壓力、自重力等因素影響而滑落填充采空區(qū)，保持結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免壓力傳遞到工作面前部煤體，以此來起到卸壓目的，同時對巷道進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

1 工作面定向爆破技術(shù)

切頂卸壓過程中定向爆破技術(shù)的應(yīng)用比例很高，其是對傳統(tǒng)爆破技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)而形成的，屬于一種聚能控制爆破技術(shù)。這種方法在爆破過程中，先將藥包放入存在一定聚能效應(yīng)裝置內(nèi)，在爆炸后爆轟引發(fā)的沖擊波和應(yīng)力波主要釋放方向為聚能孔方向，且對此方向的孔壁產(chǎn)生作用，從而形成相應(yīng)的徑向初始裂縫；接著爆生氣體大量進(jìn)入到初始裂縫，而產(chǎn)生特定的應(yīng)力集中，在應(yīng)力的作用下裂縫持續(xù)擴展，而形成相應(yīng)平滑性較高的控制爆破面，可以據(jù)此實現(xiàn)相應(yīng)精確爆破的目的。在聚能裝置壁的緩沖作用下，進(jìn)行爆破時，沖擊波會直接作用于保留圍巖，而對其他方向裂紋的發(fā)展起到抑制作用，這樣可顯著降低對保留圍巖的損傷。因此，通過該技術(shù)可達(dá)到以下目的。

（1）直接從工作面切頂懸臂梁，斷開了老頂和前部煤體的聯(lián)系，使得其傳遞的壓力作用取消，據(jù)此，降低了工作面受到的壓力。

（2）在傾斜方向上，整體老頂被切割而形成很多單塊體，使得老頂應(yīng)力水平和相應(yīng)的應(yīng)力集中程度大幅度降低。

（3）前方巖體在聚能裝置壁的緩沖作用下，可確保相應(yīng)的原巖特性不會受到明顯影響，這樣產(chǎn)生次生裂隙的可能性大幅度下降。

2 深孔爆破斷頂卸壓護(hù)成功案例分析

2.1 概況

馬蘭礦18504 工作面，開口于南五下組集中輔運巷；根據(jù)相關(guān)資料可知，其輔運巷西北側(cè)實體最小間隔385 m 為18310 采空區(qū)，皮帶巷上部間隔九十多米處對應(yīng)的為12508采空區(qū)。切眼東北側(cè)間距90～97 m（上部46 m 左右）為南八南九膠帶機運輸大巷。如圖1所示。

在開采過程中主要是針對石炭系太原組8 號煤層，此煤層的厚度小，相應(yīng)的厚度變化區(qū)間為4～4.68 m。皮帶巷寬度實際值為5.5 m；輔運巷分寬度實際值為5.0 m，二者的凈高都為4 m。在馬蘭礦18504 工作面停采情況下，應(yīng)該在采面前方適當(dāng)?shù)那许斝秹禾幚恚以O(shè)置相應(yīng)斷頂切縫，保護(hù)南一下組軌道下山、南五回風(fēng)下山等。預(yù)計該18504工作面超前支承壓力影響范圍及峰值較大，在開采過程中為有效地改善開采區(qū)域的應(yīng)力環(huán)境，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)卸壓。根據(jù)18504工作面狀況，應(yīng)該在其停采線周圍進(jìn)行一定切頂卸壓。如圖2 所示，工作面停產(chǎn)線前方50.8 m，上覆95 m左右存在火藥庫，工作面前方88.42 m存在南一下組煤采區(qū)大巷，均為重點保護(hù)對象。

為此，斷頂卸壓工作分為2 個關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行，即在工作面的末采結(jié)束后，應(yīng)該針對其中A 區(qū)、B 區(qū)爆破預(yù)裂處理，而適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行斷頂卸壓操作，從而對前部的火藥庫、南區(qū)大巷進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，避免產(chǎn)生大幅度變形而引發(fā)的底鼓、幫鼓相關(guān)問題。

2.2 現(xiàn)場實施方案

2.2.1 斷頂孔位置的確定

對應(yīng)力變化情況進(jìn)行模擬分析，所得結(jié)果顯示在末采期間和停采期，相應(yīng)的超前支承壓力會產(chǎn)生一定的波動，應(yīng)力也會有所轉(zhuǎn)移。在此過程中為避免停采后南一采區(qū)大巷受到明顯的干擾，應(yīng)該在撤銷液壓支架前進(jìn)行一定的打孔、斷頂卸壓處理。具體操作情況如圖3 所示，在停產(chǎn)線處，A 區(qū)炮孔向前上方控制適當(dāng)?shù)难鼋鞘┕?，孔?3 m。各孔之間的距離設(shè)置為3 m，高抽巷附加的10 m 區(qū)域內(nèi)不設(shè)置施工炮孔，避免爆炸產(chǎn)生的影響范圍過大。B 區(qū)炮孔沿巷道走向設(shè)置間隔為3 m，阻隔工作面的應(yīng)力傳遞方向為斜對向，炮孔對應(yīng)的偏斜方向為仰角75°，計算分析確定出孔深為33 m。

設(shè)置的工作面長度為251 m，在工作過程中相應(yīng)的超前支承壓力會達(dá)到較高水平，因而應(yīng)該在相應(yīng)前、側(cè)上方爆破而產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娜趺?，從而對超前支承壓力的傳遞進(jìn)行適當(dāng)限定，即設(shè)置2 個區(qū)進(jìn)行卸壓，具體情況如下。

A 區(qū)：炮孔間距設(shè)置為3 m，每2 個支架對應(yīng)于1個卸壓孔，中部高抽巷和兩端一定區(qū)域內(nèi)不打孔，這種方案下確定出總共的炮孔為77個。其中各孔斜長33 m，仰角45°，設(shè)置的炮孔編號為A1～A77。

B 區(qū)：間距和前者保持一致，從停采線位置開始推進(jìn)，往煤柱側(cè)偏斜75°，對應(yīng)的開孔口緊貼煤柱幫?？偣泊_定出17個炮孔，其中各炮孔斜長33 m，炮孔設(shè)置情況總體如圖3所示。

2.2.2 爆破參數(shù)

代入相關(guān)參數(shù)進(jìn)行應(yīng)力模擬分析，基于所得結(jié)果而設(shè)置炮孔直徑為75 mm，聚能裝置為50 mm，單位長度的裝藥質(zhì)量為1.5 kg，即各孔藥量30 kg，相應(yīng)的封泥13 m。表1、表2 為相關(guān)孔深和裝藥量對應(yīng)的數(shù)據(jù)情況。

2.3 效果分析

研究過程中為了對工作面切頂護(hù)巷的效果進(jìn)行驗證，分析開采過程中圍巖波動狀況，在南一下組軌道下山、南五回風(fēng)下山等地點全面礦壓觀測（相關(guān)檢測內(nèi)容包括移近量，錨桿受力等）。在18504 工作面回采時，南一下組相關(guān)的錨桿、錨索受到超前應(yīng)力的影響不斷增加，巷道頂?shù)装搴蛢蓭统霈F(xiàn)明顯的位移和變形。在工作面停采線處通過切頂卸壓技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男秹禾幚砗螅瑢Ρ瓤芍@種條件下對應(yīng)的錨桿、錨索受力大幅度降低；且在回采空間的結(jié)構(gòu)基本上保持穩(wěn)定情況下，錨桿、錨索的受力也基本上復(fù)原，對應(yīng)的移近量也趨于穩(wěn)定，有效地實現(xiàn)了切頂卸壓護(hù)巷效果。

3 結(jié)語

切頂卸壓技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了卸壓和護(hù)巷的最終目的，可節(jié)約一定的煤炭資源，同時也避免了采空區(qū)對鄰近巷道、工作面等引發(fā)的各方面安全威脅。這種技術(shù)在處理過程中用到的切頂孔和聚能裝置處理都很容易，施工簡單，有較高的應(yīng)用推廣價值。